Análise numérica de uma turbina savonius pelo método dos volumes finitos

Abstract

Este trabalho apresenta uma análise numérica dos parâmetros de desempenho de uma turbina eólica de eixo vertical (TEEV), do tipo Savonius, com perfil de pás semicirculares, de um e dois estágios. Realiza-se uma simulação numérica bidimensional pelo método dos volumes finitos com emprego da versão acadêmica do software Fluent/Ansys. As soluções numéricas foram resolvidas através das equações de conservação de massa (equação da continuidade), quantidade de movimento (Navier-Stokes com médias de Reynolds (RANS)) em conjunto com o modelo de turbulência k-ω SST. Uma solução implícita de segunda ordem é adotada para a solução numérica e as simulações são realizadas considerando-se uma rotação de malha. Dois diferentes tipos de domínio computacional foram desenvolvidos: um circular e outro retangular. Foram criadas cinco malhas com refinamentos estruturados para o domínio circular e quatro malhas para os domínios retangulares. Foi realizada uma análise completa apenas para a malha circular. Os resultados obtidos para as malhas retangulares são apresentados de forma preliminar e também servem como parâmetro de avaliação da influência dos critérios de convergência utilizados na malha circular. Para a validação dos resultados obtidos numericamente pelas malhas computacionais desenvolvidas, é realizada uma análise de convergência de malha, com a turbina em rotação, avaliada através do método de Análise das Curvas de Tendência (fitting method). São feitas análises com a turbina em rotação para razões de velocidades de ponta de pá (λ) iguais a: 1, 0,8, 0,6, 0,4 e 0,2. Os valores de máximo coeficiente de potência médio, para as respectivas razões de velocidade de ponta de pá, foram: (0,30; 0,27; 0,24; 0,19; 0,11). Os resultados obtidos apresentaram coerência física para o fenômeno analisado. Contudo, observou-se que o critério utilizado para a convergência dos valores de torque médio influenciou nos parâmetros obtidos, resultando em valores superestimados para as maiores razões de velocidade de ponta de pá, em comparação com outros estudos.