Efecto de la relación de abertura y ubicación en el rendimiento de una H-Darrieus VAWT
DOI:
https://doi.org/10.17533/udea.redin.20210737Palabras clave:
H-Darrieus, perfil aerodinámico, proporción, CFD, NACA, eficienciaResumen
Las turbinas eólicas de eje vertical como las turbinas Darrieus son un tipo muy interesante de turbinas eólicas domésticas con bajas velocidades de viento. Se necesita más trabajo de investigación para mejorar su rendimiento a fin de satisfacer la mayor demanda de generación de energía en aplicaciones pequeñas. El objetivo principal de este trabajo es encontrar un diseño de una turbina Darrieus para mejorar la capacidad de arranque de la turbina a través de una abertura situada en la superficie inferior del perfil. Se llevó a cabo una investigación de CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) para determinar el impacto de la posición de la abertura en la salida del rotor Darrieus. Este nuevo tipo de perfil aerodinámico utiliza un perfil estándar NACA 0015 y un perfil con una abertura en la superficie inferior del perfil. Los diferentes tamaños de la abertura en un perfil simétrico se evalúan a través del método CFD para predecir el Cp y CT de este diseño de turbina H-Darrieus. Se diseñaron cinco secciones para describir la investigación de este diseño de H-Darrieus. En términos generales, los resultados mostraron que el Cp disminuye con la relación de apertura, los rotores deseables con la relación de apertura son de 0.12 a 0.36 considerando esto con el bajo el criterio de un menor CpLP.
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Citas
L. Pérez-Lombard, J. Ortiz, and C. Pout, “A review on buildings energy consumption information,” Energy and Buildings, vol. 40, no. 3, 2008. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2007.03.007
US Energy Information Administration, Annual Energy Outlook 2019 with projections to 2050. Washington, DC: U.S. Energy Information Administration (EIA), Ene. 24, 2019.
E. Hau, Wind Turbines: Fundamentals, Technologies, Application, Economics, 2nd ed. New York: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013.
S. Mertens, G. V. Kuik, and G. V. Bussel, “Performance of an H-Darrieus in the Skewed Flow on a Roof,” Journal of Solar Energy Engineering, vol. 125, no. 4, Nov. 26, 2006. [Online]. Available: https://doi.org/10.1115/1.1629309
I. Hashem and M. H. Mohamed, “Aerodynamic performance enhancements of H-rotor Darrieus wind turbine,” Energy, vol. 142, no. 19, Ene. 1, 2018. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.10.036
A. Fiedler, “The effects of blade pitch and mount point offset on vertical axis wind turbine performance,” PhD thesis, McMaster University, Hamilton, Ontario, Canadá, 2009.
P. C. Klimas and M. H. Worstell. (1981, Oct.) Effects of blade preset pitch/offset on curved-blade Darrieus vertical axis wind turbine performance. [Online]. Available: https://www.osti.gov/biblio/5243044
R. H. Liebeck, “Design of subsonic airfoils for high lift,” Journal of Aircraft, vol. 15, no. 9, Sep. 1970. [Online]. Available: https://doi.org/10.2514/3.58406
D. H. Neuhart and O. C. Pendergraft, A Water Tunnel Study of Gurney Flaps. Washington: NASA TM-4071, 1988.
D. Srivastav and K. N. Ponnani, “Surface Modifications for Improved Maneuverability and Performance of an Aircraft,” in ASME 2011 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. Volume 1: Advances in Aerospace Technology; Energy Water Nexus; Globalization of Engineering; Posters. Denver, Colorado: American Society of Mechanical Engineers, 2011, pp. 121–127.
M. F. Ismail and K. Vijayaraghavan, “The effects of aerofoil profile modification on a vertical axis wind turbine performance,” Energy, vol. 80, Feb. 1, 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.11.034
M. R. Castelli, A. Englaro, and E. Benini, “The Darrieus wind turbine: Proposal for a new performance prediction model based on CFD,” Energy, vol. 36, no. 8, Ago. 2011. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.energy.2011.05.036
C. S. Ferreira, G. V. Bussel, and G. V. Kuik, “2D CFD simulation of dynamic stall on a vertical axis wind turbine : verification and validation with PIV measurements,” in 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Reno, Nevada, 2007, pp. 16 192–16 201.
M. Islam, D. S.-K. Ting, and A. Fartaj, “Aerodynamic models for Darrieus-type straight-bladed vertical axis wind turbines,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 12, no. 4, May. 2008. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.rser.2006.10.023
M. Islam, M. R. Amin, D. S. K. Ting, and A. Fartaj, “Performance Analysis of a Smaller-Capacity Straight-Bladed VAWT with Prospective Airfoils,” in 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, 2008.
F. R. Menter, “Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications,” AIAA Journal, vol. 32, no. 8, Ago. 1994. [Online]. Available: https://doi.org/10.2514/3.12149
J. Smagorinsky, “General circulation experiments with the primitive equations,” Monthly Weather Review, vol. 91, no. 3, Mar. 1, 1963. [Online]. Available: https://doi.org/10.1175/1520-0493(1963) 091<0099:GCEWTP>2.3.CO;2
W. Szablewski, “B. E. Launder and D. B. Spalding, Mathematical Models of Turbulence. 169 S. m. Abb. London/New York 1972. Academic Press. Preis geb. $ 7,50,” Journal of Applied Mathematics and Mechanics / Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, vol. 53, no. 6, 1973. [Online]. Available: https://doi.org/10.1002/zamm.19730530619
K. W. McLaren, “A numerical and experimental study of unsteady loading of high solidity vertical axis wind turbines,” PhD thesis, McMaster University, Hamilton, Ontario, Canadá, 2011.
C. Zhang, C. P. Bounds, L. Foster, and M. Uddin, “Turbulence Modeling Effects on the CFD Predictions of Flow over a Detailed Full-Scale Sedan Vehicle,” Fluids, vol. 4, no. 3, Ago. 1, 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.3390/fluids4030148
P. A. Durbin, “Near-wall turbulence closure modeling without “damping functions”,” Theoretical and Computational Fluid Dynamics, vol. 3, no. 1, Sep. 1991. [Online]. Available: https://doi.org/10.1007/BF00271513
S. Takahashi, Y. Ohya, T. Karasudani, and K. Watanabe, “Numerical and experimental studies of airfoils suitable for vertical axis wind turbines and an application of wind-energy collecting structure for higher performance,” Journal of Wind Engineering, vol. 108, 2006. [Online]. Available: https://bit.ly/3ijtSaC
R. Gupta, A. Biswas, and K. K. Sharma, “Comparative study of a three-bucket Savonius rotor with a combined three-bucket Savonius–three-bladed Darrieus rotor,” Renewable Energy, vol. 33, no. 9, Sep. 2008. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.renene.2007.12.008
R. Howell, N. Qin, J. Edwards, and N. Durrani, “Wind tunnel and numerical study of a small vertical axis wind turbine,” Renewable Energy, vol. 35, no. 2, Feb. 2010. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.renene.2009.07.025
E. Amet, T. Maitre, C. Pellone, and J.-L. Achard, “2D Numerical Simulations of Blade-Vortex Interaction in a Darrieus Turbine,” J. Fluids Eng., vol. 131, no. 11, Oct. 21, 2009. [Online]. Available: https://doi.org/10.1115/1.4000258
K. M. Almohammadi, D.B.Ingham, L. Ma, and M.Pourkashan, “Computational fluid dynamics (CFD) mesh independency techniques for a straight blade vertical axis wind turbine,” Energy, vol. 58, Sep. 1, 2013. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.06.012
N. Hill, R. Dominy, G. Ingram, and J. Dominy, “Darrieus turbines: The physics of self-starting,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, vol. 223, no. 1, 2009. [Online]. Available: https://doi.org/10.1243/09576509JPE615
R. Dominy, P. Lunt, A. Bickerdyke, and J. Dominy, “Self-starting capability of a Darrieus turbine,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, vol. 221, no. 1, Feb. 1, 2017. [Online]. Available: https://doi.org/10.1243/09576509JPE340
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