Numerical modeling of hydrokinetic turbines using actuator disks : flow interaction and upscaling to regional models

Numerical modeling of hydrokinetic turbines using actuator disks : flow interaction and upscaling to regional models

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Ingeniería

Energía maremotriz.

Energía de las olas oceánicas.

Turbinas hidráulicas.

Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2012

El desarrollo de nuevas tecnologías para aprovechar la energía de las corrientes de marea en las zonas costeras, requiere una comprensión en profundidad de las interacciones entre el flujo natural en las tres dimensiones (3D) sobre batimetrías arbitrarias y las turbinas marinas hidrocinéticas (MHK), que se podrían instalar en un sitio específico. El diseño óptimo de las granjas de turbinas y la evaluación de sus impactos ambientales requiere un enfoque en múltiples escalas para analizar los efectos, a partir de una escala local en las proximidades de los dispositivos hasta una escala mayor que comprende toda la región costera afectada. A pesar de los recientes avances en el estudio de la hidrodinámica del flujo en la presencia de conjuntos de turbinas, todavía existe la necesidad de desarrollar modelos numéricos capaces de resolver las estelas generadas por múltiples dispositivos en flujos turbulentos con altos números de Reynolds, capturando las interacciones con geometrías complejas presentes en los ambientes acuáticos reales, utilizando recursos computacionales asequibles.

En esta investigación se simula el flujo 3D pasando por discos porosos, usando un modelo híbrido de turbulencia que combina el promedio de Reynolds, con la simulación de remolinos grandes (URANS / LES). Llevamos a cabo los cálculos numéricos utilizando el método de simulación de remolinos separados (DES) (Spalart et al., 1997; Spalart, 2009) para la configuración experimental de Myers y Bahaj (2010,2012). Los resultados muestran que el modelo reproduce con precisión el caudal medio y las estadísticas de la turbulencia de las estelas generadas por la cantidad de movimiento introducido por los discos, incluyendo la distribución espacial y las escalas características de las estructuras coherentes turbulentas, de tamaños comparables a los del dispositivos. Este modelo constituye una herramienta poderosa para analizar en detalle el campo de flujo en condiciones realistas y para la estimación de la potencia que puede ser extraída, en diferentes configuraciones, utilizando bajos recursos computacionales. Además, los resultados de la simulación se emplean para determinar las fuerzas inducidas por la granja de turbinas en todo el flujo, parametrizando sus efectos para ser incorporados en modelos de escala regional, usando técnicas de promedio temporales y espaciales.

Sciolla Piñeyro, Domenico Andrés

2013-10-28T19:48:43Z

2013-10-28T19:48:43Z

2012

Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo

Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería

acceso abierto

xv, 75 hojas

application/pdf

en

tesis de maestría

10.7764/tesisUC/ING/1890

https://doi.org/10.7764/tesisUC/ING/1890

https://repositorio.uc.cl/handle/11534/1890