Estudo experimental do escoamento turbulento em esteira de modelo de turbina de eixo horizontal

Abstract

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.