Análise POD das estruturas de grande escala em escoamento separado sobre um aerofólio para pás de turbina eólica
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Data
2023-06-27
Autores
Orientador
Souza, Daniel Sampaio 
Coorientador
Abreu, Leandra Isabel de
Pós-graduação
Curso de graduação
Engenharia Aeronáutica - CESJBV
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Trabalho de conclusão de curso
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
O presente trabalho traz os resultados de uma investigação sobre o comportamento da região de raiz de uma pá de turbina eólica em elevado ângulo de ataque, utilizando uma simulação de fluidodinâmica computacional (CFD, do inglês \textit{Computational Fluid Dynamics}) com abordagem DDES, sigla para \textit{Delayed Detached Eddy Simulation}. Além disso, foi realizada uma análise SPOD (do inglês \textit{Spectral Proper Orthogonal Decomposition}) dos dados obtidos, uma variante da POD, sigla utilizada para \textit{Proper Orthogonal Decomposition}, a fim de identificar padrões e estruturas dominantes no campo de velocidade. Através da simulação CFD, foi possível estudar de forma detalhada as características do fluxo ao redor da pá da turbina eólica em condições de elevado ângulo de ataque. Os resultados revelaram a presença de vórtices com sinais alternados ao longo da esteira da pá, assim como a evolução transiente dos coeficientes aerodinâmicos ao longo do tempo. Esses resultados indicam que, apesar da simulação estar em seu estágio transitório inicial, a abordagem DDES foi capaz de capturar adequadamente a complexidade e a dinâmica das estruturas turbulentas.Adicionalmente, a aplicação da análise SPOD aos dados gerados pela simulação CFD permitiu decompor o campo de velocidade em modos espectrais, revelando as principais estruturas associadas ao comportamento do fluxo. Verificou-se uma notável semelhança entre os resultados da análise SPOD e o pós-processamento realizado na simulação CFD, validando a consistência dos resultados e reforçando a confiabilidade de ambas as abordagens.
A concordância entre os resultados da simulação CFD e da análise SPOD destaca a robustez e a eficácia dessas técnicas na investigação e compreensão dos fenômenos aerodinâmicos em elevados ângulos de ataque das pás de turbinas eólicas, especialmente na região da raiz. Os resultados obtidos reforçam a relevância das simulações numéricas DDES e da análise SPOD como ferramentas poderosas para a análise de dados complexos e a identificação de estruturas dominantes no campo de velocidade.
Resumo (inglês)
This study investigates the behavior of the root region of a wind turbine blade at high angles of attack using computational fluid dynamics (CFD) simulations with a Delayed Detached Eddy Simulation (DDES) approach. Furthermore, Spectral Proper Orthogonal Decomposition (SPOD) analysis is performed on the obtained data to identify dominant patterns and structures in the velocity field. The CFD simulations provided a detailed examination of the flow characteristics around the wind turbine blade under high angles of attack. The results show alternating sign vortices along the airfoil wake and the evolution of aerodynamic coefficients over time. These findings indicate that, despite being in the initial transient stage, the DDES approach effectively captures the complexity and dynamics of turbulent structures. Moreover, applying SPOD analysis to the CFD simulation data allowed the decomposition of the velocity field into spectral modes, revealing the main structures associated with the flow behavior. Notably, a significant similarity was observed between the results of the SPOD analysis and the post-processing of the CFD simulations, validating the consistency of the findings and reinforcing the reliability of both approaches. The agreement between the results obtained from the CFD simulations and the SPOD analysis highlights the robustness and effectiveness of these techniques in investigating and understanding aerodynamic phenomena at high angles of attack in the root blade vicinity of wind turbine blades. These results emphasize the relevance of numerical DDES simulations and SPOD analysis as a powerful tool to analyze complex data and identify dominant structures in the velocity field.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Português