Dissertação
{pt_PT=Performance Prediction of Floating Offshore Wind Turbines at Model-and-Full-Scale with a RANS Method } {} EVALUATED
{pt=As turbinas eólicas flutuantes estão a tornar-se moda no mundo das Energias Renováveis. A análise numérica é imperativa a fim de melhorar o projeto dessas turbinas. Essas turbinas é afectado por cargas aerodinâmicas e hidrodinâmicas. A simulação de uma turbina à escala real sob a ação do vento e ondas utilizando mecânica de fluídos computacional para escoamentos viscosos é ainda hoje dispendiosa. Uma alternativa trata-se de modelar o comportamento da turbina flutuante utilizando uma turbina à escala de dimensões reduzidas. Um método é utilizar a escala de Froude para modelar as cargas e a semelhança geométrica para as dimensões. Com esta metodologia, as cargas aerodinâmicas não são devidamente dimensionadas devido à dissimilitude do número de Reynolds que pode causar diferenças na previsão entre a turbina à escala do modelo e à escala real. Neste trabalho, a análise aerodinâmica da turbina NREL 5MW tanto à escala do modelo como à escala real é realizada com método RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes). Um comportamento diferente é determinado para ambas as turbinas, devido ao diferente número de Reynolds. Isso afecta o desempenho da turbina à escala do modelo, especialmente para o coeficiente de potência, que cai em comparação com a turbina à escala real. Centrando-se na turbina à escala do modelo, a análise é feita para diferentes níveis de refinamento da malha, modelos de turbulência e modelos de transição, onde se obtiveram incertezas para o coeficiente de potência e diferenças com os experimentos, que demonstram a dificuldade em prever o escoamento real com RANS., en=Floating wind turbines are becoming fashionable within the Renewable Energy world. Numerical analysis is imperative in order to improve this turbines designs. This turbines are affected by both aerodynamic and hydrodynamic loads.The simulation of a full-scale turbine under wind and waves using viscous-flow Computational Fluid Dynamics codes is still nowadays costly. An alternative is to model the Floating Offshore Wind Turbine behaviour using a scaled turbine of smaller dimensions. One method is using Froude-scaling to model the loads and geometric similarity for the dimensions. With this methodology, aerodynamic loads are not scaled properly due to Reynolds dissimilitude that can cause mismatch of it in model- and full-scale turbine. In this work, the aerodynamic analysis of model and full-scale NREL 5MW turbine is performed with RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) solver. A different behaviour is determined for both turbines, due to the different Reynolds number. This affects the performance of the model-scale turbine specially at the power coefficient, that drops comparing with the full-scale one. Focusing on the model-scale turbine, the analysis is made for different grid refinements, turbulence models and transition models obtaining uncertainties on the power coefficient and mismatch with the experiments, that demonstrate the difficulty of capturing the real flow behaviour with RANS.}
outubro 28, 2021, 15:0
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