Dissertação

{pt_PT=Aerodynamic Optimization of Horizontal Axis Wind Turbines Using the Lifting Line Theory} {} EVALUATED

{pt=O objectivo deste trabalho é continuar o desenvolvimento de um código de linha sustentadora já existente, expandindo os seus usos para o projecto aerodinâmico de turbinas eólicas e introduzindo um novo método de optimização - o método do multiplicador de Lagrange - como alternativa ao clássico. A teoria em que se baseia o método é apresentada, bem como os ajustes que foram feitos para a sua implementação. Quanto aos resultados, estes indicam que, quando comparados nas mesmas condições, o método do multiplicador de Lagrange supera sempre a optimização clássica, sendo a divergência dos dois crescente com a carga. Mostra-se também que, em termos de variáveis locais, a diferença entre os métodos está concentrada na vizinhança da raíz da pá. A inclusão de um modelo do cubo é igualmente avaliada, a qual também traz melhorias para o desempenho da turbina, sendo o único efeito notório nas distribuições o aumento da circulação perto da raíz. São também realizados estudos paramétricos sobre dois inputs: o parâmetro adimensional de velocidade periférica, onde vemos o equilíbrio entre as perdas viscosas e de energia cinética a entrar em jogo, e a razão resistência/sustentação que, embora mostre ter um impacto significativo sobre o desempenho, afecta pouco o projecto aerodinâmico. Por fim, um esquema de alinhamento de esteira também é testado usando várias combinações de secções de alinhamento. As geometrias das esteiras resultantes são analisadas, assim como o comportamento das variáveis locais, tanto na linha sustentadora como nas secções de alinhamento., en=The purpose of this work is to continue the development of a previously written lifting line code, extending its use to the aerodynamic design of wind turbines and introducing a new method of optimization - the Lagrange multiplier method - as an alternative to the classical one. The theory behind it is presented, as well as the adjustments that were made to implement it. As for the obtained results, they indicate that, for the same conditions, the Lagrange multiplier method always outperforms the classical optimization, being the dissemblance between them more pronounced for higher loads. It is also shown that, in terms of local variables, the difference between the methods is concentrated in the vicinity of the blade root. The inclusion of a hub model is also assessed, which brings improvements to the turbine performance as well, with the only clear effect on the distributions being the increase of circulation near the root. Parametric studies are carried out regarding two inputs: the tip speed ratio, where we see the balance between the viscous and kinetic energy losses come into play, and the drag-to-lift ratio, which is shown to have a significant influence in the performance of the turbine, but only a minor one in the aerodynamic design. Lastly, a wake alignment scheme is also tested using several combinations of alignment sections. The resulting wake geometries are analysed, as well as the behaviour of local variables both at the lifting line and at the alignment sections.}
{pt=Teoria da linha sustentadora, Turbina eólica, Método do multiplicador de Lagrange, Alinhamento de esteira., en=Lifting line theory, Wind turbine, Lagrange multiplier method, Wake alignment.}

Novembro 16, 2018, 12:45

Orientação

ORIENTADOR

José Alberto Caiado Falcão de Campos

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado

ORIENTADOR

João Manuel Ribeiro Costa Baltazar

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Colaborador Docente