Dissertação

{pt_PT=Design and Optimization of Hydrofoils tailored for Marine Current Turbines } {} EVALUATED

{pt=Este trabalho incide sobre o projecto e optimização de perfis para pás de turbinas marítimas. Uma turbina de referência, com um rotor de 20 metros de diâmetro e integrando perfis NACA 63-8XX nas suas pás é projectada para definição das condições de operação com recurso a uma rotina baseada na teoria da linha sustentadora. Um coeficiente de potência teórico de 0.483 é obtido, representando uma melhoria de 10% em comparação com cálculos de linha sustentadora de trabalhos anteriores. A influência do factor Ncrit no desempenho dos perfis é estudada, tendo-se considerado o valor 4 para simulação das condições de operação da turbina. Para o projecto dos perfis uma rotina de optimização por algoritmo genético já existente é utilizada. São criadas funções de custo com os objectivos de maximizar a razão de sustentação para resistência e o coeficiente de sustentação para os regimes de transição natural e forçada e maximizar a margem de cavitação para cada perfil e secção da pá. Os perfis optimizados IST-MT1-XX demonstram melhorias até 73.21% e 99.82% em sustentação/resistência e coeficiente de sustentação, respectivamente, em relação aos perfis de referência com igual margem de cavitação. São obtidas também margens de cavitação até 3 relativamente ao número de cavitação local. No final, a turbina de referência é redesenhada com os perfis IST-MT1-XX nas suas pás e testada com a mesma rotina de linha sustentadora. A nova turbina melhora o coeficiente de potência da turbina de referência em 0.33%, reduzindo a corda até 41%., en=The design and optimization of hydrofoils tailored for marine current turbines is considered. A reference turbine, with a rotor of 20 metres in diameter and blades integrating sections of series NACA 63-8XX, is designed for the definition of the operating conditions using a lifting line theory based routine. A theoretical power coefficient of 0.483 is achieved, yielding an improvement of 10% when compared to previous works in turbine lifting line predictions. The influence of Ncrit factor on hydrofoil performance and angle of attack is studied, resulting in the use of value 4 to mimic operating conditions of a marine turbine. For the hydrofoil design, an already existing multi-objective optimization through genetic algorithm framework is used. Cost functions are developed with the objectives of maximizing lift to drag ratio and lift coefficient for natural and forced transition and maximizing cavitation margin for each hydrofoil and blade section. Optimized hydrofoils IST-MT1-XX are obtained, yielding improvements in lift to drag ratio and lift coefficient for both regimes up to 73.21% and 99.82% respectively, for the same cavitation performance as reference hydrofoils, while also yielding cavitation margins of up to 3, relative to the local cavitation number. Finally, the reference turbine is redesigned to incorporate the optimized hydrofoils and tested with the same lifting line routine, yielding an improvement of 0.33% in power coefficient for the same design conditions and reducing blade chord up to 41%.}
{pt=Perfil hidrodinâmico, turbina, multi-objectivo, cavitação, desempenho, optimização, en=Hydrofoil, turbine, multi-objective, cavitation, performance, optimization}

Novembro 9, 2018, 18:0

Orientação

ORIENTADOR

João Manuel Ribeiro Costa Baltazar

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Colaborador Docente

ORIENTADOR

Ricardo Balbino Santos Pereira

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar Convidado