Otimização geométrica do rotor Wells aplicado em usinas de coluna de água oscilante

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: MAIA, Pâmela Badessa
• Orientador(a): CAMACHO, Ramiro Gustavo Ramirez
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica
• Departamento: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Turbomáquina; Rotor de turbina Wells; Otimização; DOE; DFC
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3502

Em uma primeira abordagem, é realizada a validação da simulação numérica (DFC) deum rotor de turbina Wells de8 pás formadas, por perfis aerodinâmicos NACA 0015 de comprimento da corda constante. Os resultados obtidos para as características de desempenho da turbina (coeficiente de torque, coeficiente de queda de pressão total e eficiência) são comparados aos valores experimentais e numéricos disponíveis na literatura. Para a realização das simulações numéricas do escoamento em regime permanente no rotor da turbina Wells, foi utilizado um canal hidráulico periódico e um único domínio computacional. Malha não estruturada foi empregada, com camadas prismáticas nas proximidades da superfície pá do rotor. O modelo de turbulência − Realizable foi utilizado com tratamento de parede aprimorado. Para o acoplamento pressão-velocidade foi utilizado o método SIMPLEC e esquemas de discretização e interpolação de segunda ordem. Em uma segunda abordagem, é apresentada uma metodologia de otimização para maximização do coeficiente de torque e da eficiência do rotor da turbina Wells. O processo de otimização consistiu na geração de um plano de experimentos DOE (Design of Experiments), onde foram definidas como variáveis geométricas de projeto o comprimento da corda e a espessura da pá, ambas parametrizadas e referentes à altura média e ao topo da pá. Após a realização das simulações numéricas do escoamento em todos os pontos do DOE, foi aplicada uma análise estatística aos resultados obtidos, verificando-se que a espessura da pá estatisticamente não tem influência significativa sobre o desempenho aerodinâmico do rotor da turbina Wells. Os resultados obtidos forneceram duas geometrias ótimas para o rotor da turbina Wells, sendo que a primeira (Otimizado A) apresentou um ganho máximo de31,11% para o coeficiente de torque e de 13,59% para a máxima eficiência. A segunda geometria (Otimizado B) apresentou um ganho de 20,18% para a máxima eficiência e uma redução de 5,44% para o máximo coeficiente de torque.