O formato do perfil de velocidades do vento varia de acordo com as características locais da superfície terrestre e de rugosidade do terreno, parâmetros que definem o perfil da Camada-Limite Atmosférica (CLA). As características do escoamento do ar atmosférico sobre e ao redor de acidentes geográficos, tais como morros e colinas, são de grande interesse para aplicações relacionadas à Engenharia de Turbinas e Parques Eólicos. No topo de morros, ocorre a aceleração do vento, fenômeno que pode representar um fator decisivo para a instalação de aerogeradores. Este trabalho dedica-se ao estudo do comportamento da CLA como função da inclinação e rugosidade superficial da elevação, fazendo uso da Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) para construir perfis de velocidade do vento e de intensidade de turbulência. O problema de fechamento das Equações Médias de Reynolds (RANS) é contornado com o uso do modelo de turbulência k-ω SST; os resultados numéricos obtidos são comparados com dados experimentais medidos em túnel de vento sobre modelos em escala dos morros. São testados oito modelos de morros com declives que variam de 25° a 64° para dois tipos de categorias de terreno, em 2D e 3D, e são aplicados dois códigos analíticos para representar o perfil de velocidades de entrada. Resultados numéricos para os perfis de velocidade apresentam diferença inferior a 4% em relação aos respectivos dados obtidos experimentalmente. Os perfis de intensidade de turbulência apresentam diferença máxima na casa dos 7% em comparação aos dados experimentais, o que é explicado pelo fato de que não é possível inserir o perfil de entrada de intensidade de turbulência nas simulações numéricas. Em alternativa, foi usado um valor constante resultado da média dos valores dos perfis usados no túnel de vento. Os modelos de morro em 3D apresentam maior concordância nos resultados de velocidade que os modelos em 2D e que ademais quanto maior é a inclinação do morro maior é a concordância com as medições experimentais. / The shape of the wind velocity profile changes according to local features of terrain shape and roughness, which are parameters responsible for defining the Atmospheric Boundary Layer (ABL) profile. Air flow characteristics over and around landforms, such as hills, are of considerable importance for applications related to Wind Farm and Turbine Engineering. The air flow is accelerated on top of hills, which can represent a decisive factor for Wind Turbine placement choices. The present work focuses on the study of ABL behavior as a function of slope and surface roughness of hill-shaped landforms, using the Computational Fluid Dynamics (CFD) to build wind velocity and turbulent intensity profiles. Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations are closed using the SST k-ω turbulence model; numerical results are compared to experimental data measured in wind tunnel over scale models of the hills under consideration. Eight hill models with slopes varying from 25° to 64° were tested for two types of terrain categories in 2D and 3D, and two analytical codes are used to represent the inlet velocity profiles. Numerical results for the velocity profiles show differences under 4% when compared to their respective experimental data. Turbulent intensity profiles show maximum differences around 7% when compared to experimental data, this can be explained by not being possible to insert inlet turbulent intensity profiles in the simulations. Alternatively, constant values based on the averages of the turbulent intensity at the wind tunnel inlet were used. The 3D models present greater concordance in the speed results than the 2D models and that in addition the greater the slope of the hill, the greater the agreement with the experimental measurements.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.lume.ufrgs.br:10183/158347 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Vecina, Tanit-Daniel Jodar |
| Contributors | Petry, Adriane Prisco |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Sul, instacron:UFRGS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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