Numerical simulation of the flow through an axial tidal-current turbine employing an elastic-free-surface approach (2018)
- Authors:
- Autor USP: ALMEIDA, FERNANDO MATTAVO DE - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PNV
- Subjects: OCEANOS; ENERGIA; TURBINAS; DINÂMICA DOS FLUÍDOS COMPUTACIONAL
- Language: Inglês
- Abstract: O crescimento econômico mundial e o aumento na demanda pela geração de energia andam juntos. No entanto, uma maior capacidade de produção de energia poderia afetar negativamente o meio ambiente. Mesmo as fontes limpas e renováveis, como a hidrelétrica e a eólica acarretam em impactos socioeconômicos e ambientais. Por exemplo, a construção de uma usina hidrelétrica demanda uma imensa área alagada que pode devastar florestas inteiras e a instalação de uma usina eólica pode afetar a migração de certas espécies de pássaros e produzir altos níveis de barulho. Portanto, para equilibrar as vantagens e desvantagens devidas a cada meio de produção de energia, é necessária a diversificação, que demanda de investimentos em novas fontes. Neste contexto, a geração de energia nos oceanos é destacada. O primeiro ponto a respeito desta fonte é de que não há a necessidade de remoção da população na área de instalação, tal como os métodos de geração dentro do continente. O segundo principal ponto é a respeito da distribuição de energia. A maior parte da população mundial vive em regiões costeiras, diminuindo, portanto, a distância entre a produção e demanda, reduzindo assim, seus custos. As duas principais metodologias para se explorar a energia proveniente dos oceanos são: Energia de Ondas e Energia de Marés. E considerando que os ciclos de mare são governados principalmente pela interação gravitacional entre os oceanos, lua e sol, eles são facilmente previsíveis, o que aumenta a confiabilidade dos sistemas de geração de energia baseados em marés. Este trabalho explora as metodologias para analisar a geração de energia a partir de uma única turbina axial de corrente de maré através de uma metodologia baseada nas equações de Navier-Stokes com a média de Reynolds, analisadas em regime permanente. Sãodiscutidos efeitos da direção do escoamento, perfil de velocidades na entrada e nos níveis de turbulência. Os resultados são comparados com experimentos. É proposta uma metodologia alternativa para a modelagem da superfície livre com CFD uma vez que a metodologia atual é baseada em um escoamento bifásico que demanda de um refinamento adicional da malha e é computacionalmente caro. A nova metodologia usa uma parede elástica na região da superfície livre com a rigidez ajustada para se obter o mesmo efeito de restauração que a gravidade. De maneira geral, os resultados para o domínio aberto se aproximaram dos resultados experimentais, validando o modelo numérico e além disso, o modelo considerando confinamento da turbine mostrou maiores valores para os coeficientes de potência e empuxo, estando portanto, de acordo com a teoria do disco atuador. O modelo com a superfície livre elástica apresentou problemas de convergência, relacionados com números de Froude elevados, uma vez que isto se relaciona com maiores deformações na região da superfície livre. Uma simulação com 10% da velocidade original foi realizada, obtendo-se resultados coerentes para ambos coeficientes de potência e empuxo.
- Imprenta:
- Data da defesa: 15.06.2018
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ABNT
ALMEIDA, Fernando Mattavo de. Numerical simulation of the flow through an axial tidal-current turbine employing an elastic-free-surface approach. 2018. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2018. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-18092018-074509/. Acesso em: 28 set. 2024. -
APA
Almeida, F. M. de. (2018). Numerical simulation of the flow through an axial tidal-current turbine employing an elastic-free-surface approach (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-18092018-074509/ -
NLM
Almeida FM de. Numerical simulation of the flow through an axial tidal-current turbine employing an elastic-free-surface approach [Internet]. 2018 ;[citado 2024 set. 28 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-18092018-074509/ -
Vancouver
Almeida FM de. Numerical simulation of the flow through an axial tidal-current turbine employing an elastic-free-surface approach [Internet]. 2018 ;[citado 2024 set. 28 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-18092018-074509/
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