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CalibraÃÃo do Modelo de TurbulÃncia k-ω SST para Turbinas EÃlicas de Pequeno Porte AtravÃs de AvaliaÃÃo NumÃrica e Experimental / k-ω SST Turbulence Model Calibration for Small Scale Wind Turbines Through Numerical and Experimental ComparisonMarcos Paulo Gomes Fernandes 20 February 2013 (has links)
CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / No presente trabalho foi realizada a investigaÃÃo numÃrica e experimental do desempenho aerodinÃmico de dois aerogeradores tripà de pequeno porte com 3 m de diÃmetro. Os perfis aerodinÃmicos utilizados, NACA 0012 (simÃtrico) e NACA 4412 (cambado), foram projetados para aplicaÃÃes em baixas velocidades, como à o caso de turbinas eÃlicas de eixo horizontal. Os aerogeradores foram construÃdos e testados no
LaboratÃrio de Energia Solar e GÃs Natural - UFC. Isto permitiu a determinaÃÃo das curvas de desempenho dos mesmos, possibilitando a comparaÃÃo posterior com os resultados da anÃlise numÃrica. A fim de calibrar o modelo de turbulÃncia k-ω SST para aplicaÃÃo em turbinas eÃlicas de pequeno porte, foram realizadas simulaÃÃes numÃricas utilizando o pacote de CFD OpenFOAM, versÃo 1.7.1. Os resultados numÃricos e
experimentais foram comparados, de tal forma que, a partir da variaÃÃo de parÃmetros como intensidade de turbulÃncia, comprimento caracterÃstico turbulento e β* (constante
de calibraÃÃo do modelo), pode-se concluir que os resultados numÃricos foram pouco sensÃveis aos dois primeiros parÃmetros, enquanto a variaÃÃo de β* impactou de forma significativa os resultados numÃricos. A mudanÃa do aerofÃlio nÃo alterou o valor de β* que melhor ajustou o resultado. Isto, alÃm do sucesso do processo de calibraÃÃo, indica que a cambagem nÃo influenciou na calibraÃÃo do modelo de turbulÃncia, o que à muito positivo, pois permite uma avaliaÃÃo de cenÃrios diferentes, tal como pÃs projetadas com outros perfis aerodinÃmicos. / In this work it was performed a numerical and experimental investigation of the aerodynamic performance of two small three-bladed wind turbines with diameter of 3m. The airfoils used, NACA 0012 (symmetrical) e NACA 4412 (unsymmetrical), were designed for low speed applications, such as the horizontal axis wind turbines. The wind
turbines were built and tested at the Solar Energy and Natural Gas Laboratory âUFC. This allowed the attainment of the performance curves, enabling the comparison between the results of the numerical analysis. In order to calibrate the turbulence model k-ω SST to applications in small wind turbines, it was performed numerical simulations using the open source package for CFD solutions OpenFOAM, version 1.7.1. The numerical and experimental results were compared, in a way that, from the variation of parameters such as turbulence intensity, characteristic length and β* (calibration constant), it can be concluded that the numerical results were little sensitive to the first
two parameters, while the variation of β* impacted significantly the numerical results. The change of airfoil did not modify the value of β* that best adjusted the result. This, beyond the success of the calibration process, indicates that the camber did not affect
the calibration of the turbulence model, which is very positive because it allows an evaluation of different scenarios, such as blades designed with other airfoils.
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Análisis del flujo ambiental y propuesta metodológica para simulaciones CFD aplicadas a la ventilación natural de invernaderosGranell Ruiz, Rafael 30 April 2014 (has links)
El cultivo protegido bajo invernadero tiene altos costes energéticos
derivados de la ventilación forzada. En cambio, la ventilación natural puede ser una
solución barata que reduzca el consumo energético. No obstante, un diseño que
permita la ventilación natural del invernadero supone un reto debido a la
complejidad del fenómeno físico. Frente a otros métodos de diseño, como los
métodos experimentales o analíticos, en los últimos tiempos la dinámica de fluidos
computacional (CFD por sus siglas en inglés) se ha convertido en la herramienta
más utilizada para estudiar este tipo de fenómenos, gracias a su relativo bajo coste
y a la rapidez en la obtención de resultados. No obstante, los modelos CFD deben
refrendarse mediante validaciones realizadas a través de datos experimentales. Un
análisis bibliográfico detallado del uso de la CFD aplicada a invernaderos muestra,
en general, que los trabajos carecen de suficientes datos experimentales,
seguramente debido al alto coste de los sensores para adquirirlos y la dificultad que
conlleva el trabajo en condiciones de campo. Además, se observa que las
simulaciones CFD en invernaderos no se realizan con un procedimiento
sistematizado. Por ello, la presente tesis, por un lado describe un dispositivo y unos
métodos sencillos y baratos para obtener datos atmosféricos, y por otro, propone
una visión crítica sobre la investigación realizada hasta el momento, con el fin de
sistematizar la manera de generar modelos CFD aplicados a la ventilación natural
de invernaderos. Finalmente, la tesis se complementa con un ejemplo sobre un caso
práctico.
Para ello, en primer lugar, se realizó una revisión bibliográfica de las
diferentes guías de buenas prácticas en diferentes campos de la tecnología principalmente en edificación, para sistematizar y adaptar las recomendaciones para
generar modelos CFD en invernaderos. En segundo lugar, se desarrolló un sistema
de adquisición de datos sencillo, consistente en una red de sensores, que permite
medir simultáneamente la velocidad y dirección de viento en 20 puntos. Este
sistema de sensores fue calibrado y probado en campo satisfactoriamente
obteniendo una precisión similar a los anemómetros comerciales con un precio 30
veces superior. En tercer lugar, se generaron 24 modelos del flujo de aire alrededor
del invernadero, resultantes de la combinación de cuatro modelos de turbulencia (k-
¿; RNG k-¿; k-¿ y RSM); dos esquemas de discretización (primer orden y segundo
orden) y tres velocidades de viento exterior (3; 3,5 y 4 m/s) con el fin de analizar
sus diferencias y demostrar sus ventajas e inconvenientes. Por este motivo, en
cuarto lugar, se comprobó su capacidad de ajustarse a los datos de campo, validando
los modelos con un análisis de regresión lineal sobre los datos experimentales. Con
este estudió se reveló que los modelos SST k-¿ y el RSM (segundo orden) son los
que mejor representan el flujo de ventilación y se demostró que el modelo k-¿
estándar (primer orden), el más utilizado en la bibliografía, no sólo ofrece
resultados diferentes al resto de modelos, sino que su rendimiento es pobre para
predecir el flujo de ventilación. / Granell Ruiz, R. (2014). Análisis del flujo ambiental y propuesta metodológica para simulaciones CFD aplicadas a la ventilación natural de invernaderos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/37194 / TESIS
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