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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2019.tde-31012019-075149
Documento
Autor
Nome completo
Bruno Pegoraro
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2018
Orientador
Banca examinadora
Simos, Alexandre Nicolaos (Presidente)
Kogishi, André Mitsuo
Zachariadis, Demetrio Cornilios
Título em português
Modelagem aerodinâmica de turbinas eólicas flutuantes.
Palavras-chave em português
Aerodinâmica (Modelagem)
Turbinas
Resumo em português
Esta dissertação aborda o desenvolvimento de um método numérico para a análise de forças e momentos aerodinâmicos em turbinas eólicas fixas e flutuantes no domínio do tempo, utilizando a teoria da quantidade de movimento do elemento de pá (Blade Element Momentum Theory, BEMT) em C++. As pás são divididas em segmentos menores, onde a influência da turbina no fluxo é realizada através do cálculo de fatores de indução. Cada segmento é considerado como um aerofólio bidimensional, sendo possível estimar forças e momentos através de coeficientes para asas infinitas. A teoria da quantidade de movimento do elemento de pá, embora conceitualmente simples, é usualmente empregada com algumas correções em suas equações para se ajustar aos resultados experimentais. A inclusão de turbinas flutuantes é realizada através do movimento de corpo rígido da plataforma, que tem um impacto direto no cálculo aerodinâmico. Por não ser o objetivo deste trabalho, as equações de movimento são calculadas através de uma fonte externa e posteriormente colocadas como dado de entrada do código, simplificando assim a análise e excluindo uma fonte potencial de erro na verificação. O caso de estudo é a turbina do projeto Offshore Code Comparison Collaboration Continuation (OC4), a qual é analisada como uma turbina fixa e flutuante, utilizando uma plataforma semi-submersível. Os resultados das forças e momentos aerodinâmicos do software FAST do Laboratório Nacional de Energias Renováveis (National Renewable Energy Laboratory, NREL) são comparados ao código desenvolvido, mostrando excelente concordância para todos os casos analisados.
Título em inglês
Aerodynamic modelling of floating wind turbines.
Palavras-chave em inglês
Aerodynamic modeling
Floating wind turbines
Resumo em inglês
This dissertation addresses the development of a numerical method for the analysis of aerodynamic forces and moments of fixed and floating wind turbines in time domain, using the Blade Element Moment Theory (BEMT) written in C++. The blades are divided into smaller segments, where the influence of the turbine in the flow is performed through the calculation of induction factors. Each segment is considered as a two-dimensional airfoil, and it is possible to estimate forces and moments through coefficients for infinite wings. The Blade Element Moment Theory, though conceptually simple, is usually employed with some corrections in its equations to fit experimental results. The inclusion of floating turbines is performed through the rigid body motion of the platform, which has a direct impact on the aerodynamic calculation. Since it is not the objective of this work, the equations of movement are calculated through an external source and then placed as input data of the code, thus simplifying analysis and excluding a potential source of error in verification. The case of study is the turbine of the Offshore Code Comparison Collaboration Continuation (OC4) project, which is analyzed either as a fixed or a floating turbine, using a semi-submersible platform. The results of aerodynamic forces and moments from FAST software of the National Renewable Energy Laboratory (NREL) are compared to the developed code, showing excellent agreement for all cases analyzed.
 
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Data de Publicação
2019-01-31
 
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