Simulação numérica de perfis alares utilizados em aerogeradores de eixo vertical

Abstract

O objectivo deste trabalho é, através de resultados obtidos em simulação numérica de escoamentos em torno de perfis alares do grupo NACA 00xx, utilizados em aerogeradores de eixo vertical, e da sua comparação com resultados experimentais, avaliar a eficiência e robustez dos métodos numéricos aplicados nos programas de volumes finitos EasyCFD_G e ANSYS Fluent. Para tal submeteram-se os perfis NACA 0012 e 0018, a escoamentos a baixo Reynolds de forma a comparar posteriormente os resultados obtidos por simulação numérica com os experimentais já existentes, sendo que nas simulações numéricas foram utilizados os modelos de turbulência k-, presente em ambos os programas e o modelo SST disponível no ANSYS Fluent. Ao longo desta dissertação demonstra-se que os modelos numéricos apresentam, de uma forma geral, melhores resultados quando a simular escoamentos em torno dos perfis a valores de Reynolds mais elevados. Para baixos Reynolds estes apresentam erros maiores principalmente quando a simular com o perfil NACA 0012 com ângulos de ataque próximos e superiores ao ângulo de perda de sustentação. Nas simulações com o perfil NACA 0018, e dada uma maior existência de dados experimentais para este, foram reveladas algumas limitações das simulações em prever o recolamento do escoamento após separação, sendo que o modelo de turbulência SST é o único que simula o fenómeno, no entanto a jusante do experimental. Também a distribuição de pressão superficial demonstra o aumento do erro dos resultados numéricos com a aproximação do ângulo de ataque ao ângulo de perda de sustentação. Relativamente aos programas e respectivos modelos de turbulência observou-se que o SST é, de forma geral, o que melhores resultados apresenta a par com o modelo k- aplicado no EasyCFD_G. O k- aplicado no ANSYS Fluent é o que piores resultados permite obter.

Abstract The main objective of this work is, through results obtained in numerical simulation of air flow around airfoils on NACA 00xx, used in aero generators of vertical axis, and its confront with experimental results, prove the efficiency and robustness of the numerical methods of finite volumes programs EasyCFD_G and ANSYS Fluent. For that, we submitted airfoils NACA 0012 and 0018, to a low Reynolds air flow to further confront the results obtained by numerical simulation with pre-existent experimental results, being that in this numerical simulations the k- turbulence model that was used is, present in both programs, and the SST turbulence model present in ANSYS Fluent only. Throughout this dissertation it is demonstrated that the numerical models generally present better results to high Reynolds airflow simulations To low Reynolds this models show biggest errors, principally when we are simulating with NACA 0012 airfoil to attack angle near or superior to the lift loss angle. When simulating with NACA 0018 airfoil, since there is more experimental results available to this airfoil, the results reveal some constraints of the simulations to predict de reattachment after flow separation, being that the SST turbulence model is the only one that predicts this phenomenon, however this comes downstream to the experimental results. Also the superficial pressure distribution shows the difficulty of numerical simulations with the lift loss angle approach. Relative to programs and respective turbulence models, the SST that generally yields better results, along with the k- model applied to EasyCFD_G. The k- model applied to ANSYS Fluent is the model that worse results gives.