Analisi numerica di una turbina eolica ad asse verticale - Atomino FVG

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Coefficiente di momento 4.3 VALIDAZIONE DEL CODICE NUMERICO 71 Con i risultati ottenuti per le 3 serie di simulazioni è possibile fare alcune osservazioni sui valori del coefficiente di momento della pala durante la rotazione. Il coefficiente di momento è definito come M Cm = 1 2ρλ2V 2 ∞c2 In Figura 4.34 è riportato il valore istantaneo del Cm generato dal profilo durante la quarta e quinta rotazione per i diversi modelli adottati. Coefficiente di Momento 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 0 50 100 150 200 250 300 350 Azimut θ [˚] Laminare Figura 4.34: Confronto fra i coefficienti di momento per i diversi modelli adottati k-ε DES Le osservazioni che si possono riportare sono le seguenti: 1. a seconda del modello di turbolenza adottato cambia il valore di θ al quale si verifica il massimo della coppia. In particolare si ha θ max = 60 ◦ per il modello laminare, θ max = 71 ◦ per la DES, θ max = 74 ◦ per il modello k-ε. Questi valori influiscono sull’angolo di stallo, infatti da semplici considerazioni geometriche (Figura 4.35) si ha che la velocità relativa del profilo è V rel = V 2 ∞ (λ2 + 2λ cos θ + 1) e l’angolo d’attacco relativo è α = θ − arcsin λV∞ sin θ V2 ∞ (λ2 + 2λ cos θ + 1)
4.3 VALIDAZIONE DEL CODICE NUMERICO 72 laminare k-ε DES θ max ( ◦ ) 60 74 71 V rel (m/s) 19, 84 18, 52 18, 82 α stall ( ◦ ) 19 22, 8 22 Tabella 4.3: Valore dell’angolo di stallo per i diversi modelli di turbolenza Quindi per i diversi modelli si hanno gli angoli di stallo λV∞ sin θ β λV∞ α λV∞ cos θ Vrel V∞ θ β V∞ Vrel Figura 4.35: Velocità relativa riportati in Tabella 4.3. I valori ottenuti sono confrontabili con quelli riportati in Figura 2.4 nella pagina 15, ma il modello laminare sottostima il valore di α per il quale si ha la separazione mentre il modello k-ε lo sovrastima. 2. il modello laminare e il modello k-ε, che hanno riportato valori di vorticità lontani da quelli sperimentali, sottostimano il massimo valore del Cm 3. il modello laminare prevede un momento positivo anche per le posizioni angolari prossime a θ = 210 ◦ , cioè quando il profilo si sta muovendo nella stessa direzione della corrente indisturbata. 4. nelle posizioni angolari da θ = 250 ◦ a θ = 330 ◦ il flusso è fortemente influenzato dalla scia dell’asse del rotore, una conseguenza di questo è che i valori relativi a due rotazioni successive sono leggermente diversi fra loro per i modelli turbolenti λV∞ α θ θ
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Laureando: Giampaolo Cetraro Matric
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