Dissertação
{en_GB=Verification Study of Sliding and Overset Grid Methods- An Application to Wind Turbine CFD Simulations} {} EVALUATED
{pt=As turbinas eólicas são sistemas dinâmicos complexos, envolvendo múltiplos efeitos acoplados. Para simulações de MFC precisas é necessário capturar o movimento das componentes da sua estrutura, o que pode ser impraticável com uma única malha. Nesse aspeto Sliding e Overset Grids são métodos conhecidos, que permitem o uso de múltiplas malhas na discretização. Como estas podem mover-se independentemente, os movimentos dos componentes da estrutura podem ser capturados, existindo já várias implementações de sucesso. Contudo, não existe na literatura qualquer estudo do impacto destas técnicas nos erros de uma simulação destes escoamentos. Portanto, o objetivo é aplicar procedimentos de Verificação em três casos de teste, para que os erros de discretização possam ser avaliados e os métodos comparados. O primeiro é um escoamento de Poiseuille, com solução exata, que permite testar rapidamente múltiplos parâmetros. O segundo é uma solução analítica inédita de um escoamento de turbina eólica, produzido pelo Método das Soluções Manufaturadas. O último caso é a turbina eólica NREL 5MW, para testar os procedimentos num caso prático. Em cada teste um estudo de sensibilidade de parâmetros é realizado, para compilar uma lista de boas práticas. Os resultados sugerem que as Sliding Grids são adequadas para a simulação de MFC de rotores de turbinas eólicas, enquanto o Overset apresenta uma propensão a dificuldades de implementação e erros mais elevados. Também se conclui que as oscilações de pressão nas interfaces, pela não-conservação de massa introduzida por estes métodos, podem ser minimizadas por esquemas de interpolação de pelo menos segunda ordem., en=Wind turbines are complex dynamic systems, with coupled effects from multiple fields. More accurate CFD simulations require the motion of the different parts of the structure to be captured, which can be impracticable using only a single grid. On that matter Sliding and Overset Grids are two well-known methods that enable the discretization of the domain with multiple meshes. Since the grids can move relatively to one another, body motion can be incorporated, with successful implementations already existent. Nevertheless, no literature can be found assessing their impact on the solution’s accuracy in these flows. Therefore, the goal is to apply Verification procedures to three test cases, so that discretization errors can be probed in isolation and the methods compared. The first is a Poiseuille flow, with known exact solution, yet inexpensive to test multiple parameters. The second is a novel analytical solution of a wind turbine flow, designed with the Method of Manufactured Solutions. The final test case is the NREL 5MW wind turbine, to test the procedures in a practical scenario. Each test case has a parameter sensitivity test performed, with the respective conclusions used as inputs to the next one. The results suggest that Sliding Grids are suitable to be applied in the CFD simulation of wind turbine rotors, whereas Overset tends to present additional implementation difficulties and higher errors. Moreover, pressure oscillations at the interfaces, due to the mass imbalance introduced by these methods, are found to be minimized with interpolation schemes of at least second order.}
novembro 29, 2021, 8:0
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