Dissertação

{pt_PT=Estudo experimental do modelo de uma turbina auto-retificadora de ação axial com pás fixas } {} EVALUATED

{pt=A turbina auto-retificadora de ação axial é uma alternativa à turbina Wells, para implementação nos sistemas Coluna de Água Oscilante. É constituída por dois conjuntos de pás diretrizes, posicionadas simetricamente em relação ao plano perpendicular ao eixo de rotação. Contrariamente à turbina Wells, esta não apresenta a abrupta diminuição do rendimento para elevados coeficientes de caudal, produzindo energia sob estados de mar muito energéticos. No entanto, estas turbinas são caracterizadas por um pico de rendimento limitado, devido à incompatibilidade entre o ângulo do escoamento e o ângulo de entrada das pás a jusante do rotor, as quais produzem grandes perdas de pressão de estagnação. A presente dissertação reporta os resultados experimentais de uma turbina auto-retificadora de ação axial com uma geometria tradicional, com uma coroa de pás e uma nova geometria. A nova geometria, inspirada no projeto de pás concêntricas desenvolvido para a turbina auto-retificadora de ação bi-radial, compreende três coroas de pás, que permitem uma grande deflexão à entrada do rotor e, simultaneamente, uma redução da obstrução do escoamento, proporcionando uma diminuição das perdas de pressão de estagnação à saída do rotor e um aumento do rendimento, quando comparada com a geometria tradicional. Um modelo com um rotor de 0,59 m foi construído e testado na instalação uni-direcional de 55 kW do IST, em regime permanente. Medições como a diferença de pressão no rotor, queda de pressão, caudal volumétrico, velocidade de rotação, binário fornecido ao veio e atravessamentos no rotor, permitiram avaliar e comparar o comportamento de ambas geometrias., en=The self-rectifying axial-flow impulse turbine is one popular alternative to the Wells turbine to equip Oscillating Water Column devices. This turbine does not exhibit the sharp efficiency drop at large flow rate coefficients that occurs for the Wells turbine, being able to produce positive power under very energetic sea states. Self-rectifying impulse turbines are known to have limited peak efficiency due to the inherent misalignment between the flow direction and the inlet direction of the guide-vanes at the downstream stator, which introduces large flow blockage that produces high flow stagnation pressure losses. This thesis reports the results of the experimental testing of an axial-flow self-rectifying impulse turbine with a traditional and a new guide-vanes geometry, both designed to produce a large deflection of the flow at the rotor inlet. The new stator design is inspired in the concentric annular rows guide-vane design developed for the self-rectifying biradial impulse turbine. The new geometry comprises three guide-vane rows, which enable high flow deflection at the rotor inlet with a reduced blockage, smaller stagnation pressure loss at the downstream guide-vane system, and increased efficiency, in comparison with the traditional geometry. A 0.59 m rotor diameter axial-flow self-rectifying impulse turbine model was constructed and tested at the 55 kW IST blow-down test rig under unidirectional steady-state conditions. Measurements of the air pressure head, the pressure difference across the rotor, flow rate, rotational speed and flow traversing at the rotor allowed the performance assessment and comparison of both turbine designs.}
{pt=Energia das ondas, turbina auto-retificadora, turbina de ação axial, estudo experimental do modelo, resultados experimentais, coluna de água oscilante., en=Wave energy, self-rectifying air turbine, impulse axial-flow turbine, model testing, experimental results, oscillating water column.}

Junho 12, 2019, 16:0

Orientação

ORIENTADOR

João Carlos de Campos Henriques

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar Convidado

ORIENTADOR

Luís Manuel De Carvalho Gato

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado