Estudo numérico de perfis aerodinâmicos tipo wingmast para aplicação em rotores hidrocinéticos

Abstract

São exploradas nesse trabalho algumas simulações numéricas utilizando técnicas de CFD (Computational Fluid Dynamics). A primeira simulação estuda o coeficiente de potência, Cp, de um rotor hidrocinético, de três pás, que possivelmente será instalado no nível jusante da Usina Hidrelétrica de Tucuruí (Pará, Brasil). Para tal realiza-se a simulação do rotor variando a velocidade do escoamento imposta de 2,5 e 4 m/s e também a velocidade de rotação do rotor, de 5 a 30 rpm. Os resultados mostram as melhores condições de operação para o maior valor de Cp. Na segunda simulação avalia-se as características aerodinâmicas do perfil aerodinâmico do tipo wingmast que é baseado no aerofólio NACA 65(3)-681. Esta segunda simulação visa o estudo dos coeficientes de arrasto, Cd, e sustentação, Cl, do perfil wingmast com mast/chord 30%, utilizando número de Reynolds constante em 100.000. Nesta etapa, inicialmente, a simulação ocorreu em regime permanente variando o ângulo de ataque, α, de -10 a 20 graus. Propõe-se a utilização desse perfil como uma nova forma geométrica das pás do rotor hidrocinético, simulado primeiramente, a fim de se otimizar o seu coeficiente de potência. Para melhor caracterização do wingmast realiza-se uma simulação com os mesmo parâmetros da simulação anterior mas em regime transiente. O pacote comercial ANSYS-CFX 14 foi utilizado em ambas simulações. Para o estudo do perfil aerodinâmico do tipo wingmast comparou-se os resultados do ANSYS-CFX 14 com os resultados obtidos a partir da literatura do software XFOIL. _____________________________________________________________________________ ABSTRACT

It is explored in this paper some numerical simulations using CFD techniques (Computational Fluid Dynamics). The first simulation studies the power coefficient, Cp, a hydrokinetic rotor with three blades, which possibly will be installed at the downstream level Tucuruí Hydroelectric Plant (Pará, Brazil). For this simulation is performed by varying the speed of the rotor imposed flow of 2.5 to 4 m/s and also the speed of rotation of the rotor 5 to 30 rpm. The results show the best operating conditions for the highest value of Cp. In the second simulation evaluates the aerodynamic characteristics of the airfoil wingmast type that is based on the airfoil NACA 65(3)-681. This second simulation aims to study the drag coefficients, Cd and support, Cl of wingmast profile with mast/chord 30%, using the Reynolds number constant at 100,000. In this step first the simulation was permanently varying the angle of attack α of -10 to 20 degrees. It is proposed to use that profile as a new geometric shape of the rotor blades hydrokinetic first simulated in order to optimize your power coefficient. To better characterize the wingmast carried out a simulation with the same parameters of the previous simulation but transient. The ANSYS-CFX 14 commercial software package was used in both simulations. To study the aerodynamic profile of the type wingmast compared the results of ANSYS CFX-14 with the results obtained from the literature XFOIL software.