Validación del comportamiento de un rotor eólico biomimético mediante un modelo supervisado en CFD

Abstract

Resumen: Este trabajo se centra en el análisis de una turbina de eje horizontal basada en un diseño biomimético; a lo largo del desarrollo de este proyecto se desarrolla y da conocer la diferencia que existe entre un análisis computacional y los datos obtenidos por medios experimentales del rotor eólico UN-V1. El análisis inicia mostrando la forma en que el sistema de medición fue obtenido, se describe la forma que se propuso medir por medio experimental el coeficiente de potencia del rotor eólico, se presenta la forma en que se ha obtenido la curva de rendimiento experimentalmente haciendo uso de aproximaciones de diseño de experimentos. Se da una muestra de la forma en que se realiza la configuración del caso usando dinámica computacional de fluidos usando el software OpenFoam, para ello se hace uso del modelo de turbulencia LES (Large Eddy Simulation); a lo largo de este análisis se determina el tamaño del dominio computacional y se muestra la forma en que se ha programado la malla, con el fin de aplicar el modelo de turbulencia se aplican esquemas de discretización de las variables de transporte. Posteriormente se hace un análisis de independencia de malla para el modelo de turbulencia planteado así como un criterio de convergencia. El método de configuración computacional mostrado se valida con el uso de la turbina NREL Phase VI, posteriormente se hace una muestra de los resultados mostrando la estructura de los vórtices y las curvas de operación del rotor en comparación con los datos obtenidos por medio experimental..

Abstract. This work focuses on the analysis of a horizontal axis wind turbine based on a biomimetic design; throughout the development of this project, the difference between a computational analysis and the data obtained by experiments of the UN-V1 wind rotor (Castañeda, 2010) is developed and revealed. The analysis shows the way in which the measurement system was obtained, it is described the form that was proposed to measure by means of experimental the power coefficient of the wind rotor, it presents the form in which the performance curve was obtained experimentally making use of Experimental design approaches. It shows a sample of the way in which it make the configuration of the case using the computational fluid dynamics using the software OpenFoam, to do this it is used the LES (large Eddy simulation) turbulence model; Throughout this analysis the size of the computational domain is determined and shows the way in which the mesh has been programmed, in order to apply the turbulence model, it is applied discretization schemes for the transport variables. Then an analysis of mesh independence is made for the turbulence model proposed as a convergence criterion. The computational configuration method has been validated using the NREL Phase VI turbine, shows a sample of the results showing the structure of the vortices and curves of rotor operation compared to data obtained by experimental means.