Simulación numérica de las características de la estela en turbinas hidrocinéticas de eje vertical

El presente trabajo aborda el estudio computacional del comportamiento hidrodinámico de turbinas hidrocinéticas de eje vertical tanto en configuración aislada como en tándem. Además del rendimiento de las turbinas se comparan los resultados numéricos del desarrollo de la estela con los obtenidos experimentalmente en el estudio de Müller et al [1] en ambas configuraciones. De acuerdo con las condiciones experimentales se simulan tres distribuciones de las turbinas en un canal de 1.2 metros de ancho por 4.8 metros de largo. Además de la turbina aislada en el centro del canal se evalúan dos configuraciones de turbinas en tándem separadas una distancia de 1.5D y 2D donde D denota el diámetro de la turbina. Las simulaciones tridimensionales transitorias utilizan el método de mallas superpuestas (overset mesh) combinado con una dinámica turbulenta del flujo. Los resultados numéricos del comportamiento de la estela son validados y comparados con datos experimentales, encontrándose que el método overset es capaz de simular el comportamiento real de las estelas con una buena resolución. Adicionalmente, se realiza un estudio de los coeficientes de fricción y de presión en las palas de las turbinas en la configuración de la turbina aislada y las turbinas en tándem a una separación de 2D, encontrando puntos de desprendimiento de la capa limite que pueden afectar el desempeño. Cabe resaltar que en la turbina experimental se usa una TSR igual a 1.9 en la cual la potencia generada es negativa, como se ha demostrado en el presente trabajo; sin embargo, dicha variable no se determinó experimentalmente. Al comparar los datos experimentales con los numéricos se encontró que existen diferencias en los perfiles de velocidad de la estela; sin embargo, la recuperación de la velocidad del flujo se da a la misma distancia aguas debajo de la turbina, tres diámetros (3D) aguas abajo en la turbina aislada y cinco diámetros (5D) en las turbinas en tándem. Además, a diferencia de los datos experimentales, las simulaciones permiten observar la interacción del flujo con el suelo, que se encuentra a tan solo 2 cm de la punta de pala de los alabes de la turbina; en esta zona existe una aceleración y un ascenso vertical del flujo a aproximadamente 2D aguas abajo en el caso de la turbina aislada

• Autores: Viveros Mira, Miguel
• Fecha de publicación: 2024
• Institución: Universidad Autónoma de Occidente
• Repositorio: RED: Repositorio Educativo Digital UAO
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:red.uao.edu.co:10614/15729
• Acceso en línea: https://hdl.handle.net/10614/15729; https://red.uao.edu.co/
• Palabra clave: Maestría en Sistemas Energéticos; Simulación numérica CFD; Análisis transitorio; Turbinas hidrocinéticas de eje vertical; Modelo de turbulencia; Estelas; CFD numerical simulation; Transient analysis; Vertical axis water turbine; Turbulence modeling; Wakes
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