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

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CONCLUSIONI 95 ma dai risultati numerici in configurazione di avvio (5.1) si vede che per ridurre l’ampiezza di oscillazione della coppia si potrebbero sfasare i profili di 45 ◦ . Si dovrebbe valutare a questo punto se il posizionamento relativo dei profili non modifica eccessivamente le loro prestazioni rispetto alla condizione in cui operano a distanze maggiori. A titolo d’esempio si riporta il risultato di una simulazione numerica con la geometria di validazione (4.3.1) in cui è stato aggiunto un profilo a distanza ∆θ = 180 ◦ . Con questa simulazione si voleva vedere se c’era qualche effetto di interferenza aerodinamica rispetto al caso con una singola pala. Nel grafico sono riportati, per ogni simulazione, i valori di due rotazioni successive, la velocità d’ingresso è di V∞ = 7, 5 m/s e λ = 3, 5. Si può vedere chiaramente come il Cm istantaneo massimo si riduce e aumenta quello negativo. Andrebbe effettuato uno studio più approfondito per ridurre al massimo questi effetti legati all’interferenza aerodinamica. Coefficiente di Momento 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 Tsr=3,5 - Re=70000 due pale Tsr=3,5 - Re=70000 una pala 0 50 100 150 200 250 300 350 Azimut θ [Ê] Figura 6.1: Effetto sulla coppia dell’interferenza aerodinamica fra profili • Si è visto come tutte le grandezze derivate dalla coppia (accelerazione, velocità, potenza) hanno un andamento periodico: la frequenza è legata alla velocità di rotazione e il valore istantaneo alla posizione angolare della pala. Queste oscillazioni inducono fatica sulle strutture e andrebbero evitate: per far questo si può pensare di sfasare ogni sezione di un certo ∆θ, in modo che sommando grandezze con stessa frequenza ma diversa fase si ottiene un valore costante e indipendente dalla fase. Sfasando le pale in modo continuo si otterrebbero delle pale elicoidali (Figura 6.2). Una simulazione 3D della turbina completa permetterebbe di
CONCLUSIONI 96 valutare gli effetti tridimensionali del flusso legati a questa particolare geometria. (giampelix.u3d) Figura 6.2: GiampTurbina con profili elicoidali • Tutte le simulazioni sono state effettuate mantenendo costante la velocità del vento in ingresso. Questa è un’ipotesi piuttosto grossolana, poiché il vento ha la caratteristica di essere incostante. Altre simulazioni andrebbero fatte impostando la condizione al contorno sulla velocità variabile nel tempo (time-varying boundary conditions) nella sezioni di ingresso, per vedere qual’è la risposta della turbina alla variazione della velocità del vento. • Infine sarebbe necessario costruire un prototipo della Giamp- Turbina da provare in galleria del vento. Un riscontro dei risultati numerici nelle prove sperimentali fornirebbe la definitiva conferma della validità delle ipotesi e dei modelli matematici usati nelle simulazioni.
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Laureando: Giampaolo Cetraro Matric
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