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

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Sensibilità alla griglia di calcolo 4.3 VALIDAZIONE DEL CODICE NUMERICO 73 Per il modello DES che riporta i risultati più vicini agli esperimenti sono state fatte altre tre simulazioni per verificarne la sensibilità all’infittimento della mesh e del time-step. Una prima simulazione è stata effettuata lasciando invariato il time-step e dimezzando la lunghezza caratteristica della Mesh Profilo (Figura 4.36), quindi riducendo di 4 volte l’area di ogni cella. (a) Mesh fitta (b) Mesh di riferimento Figura 4.36: Mesh del profilo più fitta Una seconda simulazione è stata effettuata lasciando inalterata la mesh e dimezzando il time-step, quindi il rotore girava di 1 ◦ ogni 2 time-steps, infine l’ultima simulazione con Mesh Profilo dimezzata e time-step dimezzato. Le simulazioni con time-step dimezzato sono state effettuate partendo dalla soluzione col timestep di riferimento e facendo girare la simulazione per altri due giri del rotore. I risultati sono riportati nelle figure 4.37 e 4.38. Si vede come un dimezzamento della grandezza caratteristica della mesh sovrastimi la generazione di vorticità nelle posizione angolari di nostro interesse invece un dimezzamento del time-step non modifica di molto la soluzione. In termini quantitativi il dimezzamento della mesh influisce negativamente sull’errore sulla vorticità facendolo aumentare fino al 30%. Dalla Figura 4.38 però possiamo notare come l’infittimento della mesh lascia inalterato il massimo valore del Cm , e modifica sensibilmente la curva solo nell’intervallo da θ = 95 ◦ a θ = 160 ◦ invalidando i risultati nell’intervallo che stiamo analizzando.
Circolazione adimensionale 6 5 4 3 2 1 4.3 VALIDAZIONE DEL CODICE NUMERICO 74 (a) Mesh di riferimento (b) mesh dimezzata (c) time-step dimezzato (d) mesh e time-step dimezzati Figura 4.37: Effetto dell’infittimento della mesh Risultati sperimentali DES riferimento mesh dimezzata time-step dimezzato mesh e time-step dimezzato 0 85 90 95 100 Azimut θ [˚] 105 110 115 Coefficiente di Momento 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 DES riferimento mesh dimezzata time-step dimezzato mesh e time-step dimezzati 0 50 100 150 200 250 300 350 Azimut θ [˚] Figura 4.38: Confronti della circolazione e del coefficiente di momento Considerazioni finali Il confronto della vorticità nell’area del rotore si è rivelato un metodo efficace per validare il codice numerico dei profili in stallo dinamico di una turbina Darrieus, in quanto si descrive direttamente il comportamento del flusso, piuttosto che il suo effetto secondario in termini di integrale di forza aerodinamica che agisce sul profilo. I risultati ottenuti mostrano come il modello
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Laureando: Giampaolo Cetraro Matric
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