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Título: Estudo experimental do escoamento turbulento em esteira de modelo de turbina de eixo horizontal
Autor(es): Rêgo, Victor Cintra
Orientador(es): Oliveira, Taygoara Felamingo de
Assunto: Túnel de vento
Turbulência
Data de apresentação: 6-Dez-2017
Data de publicação: 10-Abr-2018
Referência: RÊGO, Victor Cintra. Estudo experimental do escoamento turbulento em esteira de modelo de turbina de eixo horizontal. 2017. xxv, 146 f., il. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2017.
Resumo: Experimentos em túnel de vento foram realizados para estudar as propriedades estatísticas do escoamento turbulento de esteira do modelo de turbina de eixo horizontal e validar a metodologia e os aparatos experimentais do Laboratório de Energia e Ambiente da UnB. Anemometria de fio quente foi utilizada para caracterizar a velocidade média, intensidade de turbulência, momentos estatísticos e densidade de energia espectral em diferentes posições na esteira da turbina. O sistema de posicionamento da sonda foi aprimorado possibilitando a varredura de forma rápida por toda a seção de testes do túnel de vento. Frequências e períodos de amostragem foram dimensionados de acordo com domínio de análise. Foi constatado a interferência da nacele e torre da turbina no estudo da esteira devido seu tamanho excessivo. A esteira apresentou um decaimento vertical pela interação com a esteira da torre da turbina, em condições de maior 𝜆 a esteira apresenta um menor decaimento. Através da análise por superposição de esteiras, a influência da esteira da nacele e torre foram removidas e da análise da esteira do rotor. O perfil de déficit de velocidade não apresentou uma forma Gaussiana devido as interações das esteiras da nacele e torre com do rotor serem totalmente não lineares. Os perfis de adição de intensidade de turbulência evidenciaram o desenvolvimento da camada de cisalhamento na esteira intermediária. A densidade de energia espectral apresentou uma forte assinatura do vórtice helicoidal de ponta de pá na altura de ponta de pá superior por uma distância de 3 diâmetros. Longe do rotor a assinatura dos vórtices de ponta de pá não são mais evidentes.
Abstract: Wind tunnel experiments were performed to study the statistical properties of turbulent wake flow of the horizontal axis turbine model and to validate the methodology and experimental equipments’s of the UnB Energy and Environment Laboratory. Hot wire anemometry was used to characterize the mean velocity, turbulence intensity, statistical moments and spectral energy density at different positions in downwind positions. The probe positioning system has been improved enabling faster mesurements throughout the wind tunnel testing section. Sampling frequencies and periods were scaled according to the type of domain analysis. It was verified the interference of the nacele and turbine tower in the study of wake due to its excessive size. The wake presented a vertical decay through the interaction with the turbine tower wake, under conditions of greater 𝑙𝑎𝑚𝑏𝑑𝑎 the wake presents a lower decay. Through superposition analysis of wakes, the influence of the nacele and tower wakes were removed form the analysis of the rotor wake. The velocity deficit profile did not present a Gaussian shape because the interactions of the nacelle and tower wakes with the rotor are totally nonlinear. The addition profiles of turbulence intensity evidenced the development of the shear layer on the intermediate wake. The spectral energy density showed a strong signature of the top tip vortex by a distance of 3 diameters long. Far from the rotor the signature of the tip vortices are no longer evident.
Informações adicionais: Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017.
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