Otimização do efeito sweep da turbina eólica NREL-Phase VI, através de CFD e da construção de metamodelos

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: DIAS, Marcelo Marques Gomes
• 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: Turbina eólica de eixo Hhorizontal; NREL Phase VI; Otimização; Sweep; CFD
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2455

Esse trabalho apresenta um procedimento de otimização através da variação da curva de sweep de uma Turbina Eólica de Eixo Horizontal de duas pás, previamente ensaiada pelo laboratório estadunidense denominado National Renewable Energy Laboratory (NREL). A metodologia utilizada para realizar a simulação numérica foi: uso de malha não estruturada em todo o domínio, regime permanente, com dois referenciais, sendo um não inercial no domínio do rotor, e um inercial no campo distante, modelo de turbulência − , o esquema de discretização do momento foi o de primeira ordem a montante, algoritmo de acoplamento SIMPLE. Foi realizado critério de independência de malha, e também validação através da comparação com dados experimentais do momento da pá, tendo concluído que a metodologia foi validada para velocidades de vento entre 5 m/s e 16 m/s. Posteriormente , foi realizada uma integração de processos de geração de geometria, malha e simulação numérica, para otimizar o coeficiente de potência, através da introdução do ângulo de sweep nas pás, sendo variados o expoente da curva, a posição radial de início da curvatura e o deslocamento máximo da ponta da pá durante o processo de otimização. Este processo foi feito utilizando p algoritmo NSGA-II, que é uma modificação do Algoritmo Genético, com o coeficiente de potência () sendo a função objetivo. No processo, foi possível obter duas geometrias otimizadas para a pá, sendo uma com sweep para frente, que resultou em um aumento de 4,58% no , e outra com sweep para trás, que resultou em um aumento de 5,62% no para velocidade de vento de 11 m/s, que consistiu no ponto mais alto da região estável. Também foi construído um metamodelo para, tentar conseguir um ótimo ainda melhor de maneira rápida, e que permitiu a obtenção de uma turbina com 5,93% mais do que a original. Além disso, as geometrias otimizadas forneceram um aumento do coeficiente de potência para toda a faixa de operação entre 10 m/s e 15 m/s.