ANÁLISE DO EFEITO DA INTERAÇÃO FLUIDO-ESTRUTURA NAS FORÇAS AERODINÂMICAS EM UM ESCOAMENTO EXTERNO SOBRE UM ELEMENTO DE PÁ FLEXÍVEL 3D
DOI:
https://doi.org/10.59627/cbens.2016.1951Palavras-chave:
Interação Fluido-Estrutura, Pá Flexível, Forças AerodinâmicasResumo
Elementos de materiais flexíveis são empregados em diversas aplicações na engenharia, como por exemplo, em pás de turbinas eólicas. O comportamento do escoamento é afetado pela alteração na forma da estrutura. Muitas vezes, seu movimento e deformação são induzidos pelas próprias forças aerodinâmicas. Este trabalho apresenta o estudo de um escoamento externo envolvendo a interação fluido-estrutura, com o interesse voltado ao comportamento de pás de turbinas eólicas. Simulações numéricas são realizadas com o intuito de avaliar o efeito que a deformação da estrutura, devido à resposta elástica às forças oriundas do escoamento, tem nas próprias forças aerodinâmicas. A plataforma ANSYS Workbench é utilizada, combinando o software ANSYS CFX para a análise do fluido e o ANSYS Mechanical para a análise da estrutura O caso escolhido para o presente trabalho é o de um escoamento turbulento sobre um elemento de pá, fixo em uma das suas extremidades e livre na outra. A geometria da pá é retangular com o perfil NACA 0012 e o modelo de turbulência utilizado é o k-ω SST. Os resultados demonstram a influência significativa que a deformação da estrutura tem nas forças aerodinâmicas de sustentação e arrasto e concordam com a literatura existente.
Downloads
Referências
Abbott, I. H.; vonDoenhoff, A. E, 1959.. Theory of Wing Sections. Dover Publications, New York.
Ahlström, A., 2005. Aeroelastic Simulation of Wind Turbine Dynamics. PhD Thesis, Royal Institute of Technology, Stockholm.
Benini, G.R., 2002. Modelo numérico para simulação da resposta aeroelástica de asas fixas. Dissertação de Mestrado, Universidade de São Paulo, São Carlos, SP, Brazil.
Casas, V., Pena, F., Lamas, A. and Duro, R., 2005. An Evolutionary Environment for Wind Turbine Blade Design. Lecture Notes in Computer Science, vol. 3512, pp. 1188-1196.
Fox, W. R.; Mc Donald, A.; Pritchard, P. J., 2004. Introdução à Mecânica dos Fluidos. 6. ed., LTC, Rio de Janeiro.
Gonçalves, R.A., 2013. Análise numérica da interação entre escoamentos a baixos números de Reynolds e cilindros apoiados em base elástica. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, RS, Brazil.
Jensen, F., Falzon, B., Ankersen, J. and Stang, H., 2006. Structural testing and numerical simulation of a 34m composite wind turbine blade. Composite Structures, vol. 76, pp. 52 – 61.
Jureczko, M., Pawlak, M. and Mężyk, A., 2005. Optimisation of wind turbine blades. Journal of Materials Processing Technology, vol. 167, pp. 463–471.
Ladson, C. L., 1988. Effects of Independent Variation of Mach and Reynolds Numbers on the Low-Speed Aerodynamic Characteristics of the NACA 0012 Airfoil Section. Technical Memorandum 4074, NASA.
McCroskey, W. J., 1988. A Critical Assessment of Wind Tunnel Results for the NACA 0012 Airfoil. Technical Memorandum 100019, NASA.
Rumsey, C. Turbulence Modeling Resource, NASA Langley Research Center. Disponível em: <http://turbmodels.larc.nasa.gov/>. Acesso em: 21 maio. 2014.
Shokrieh, M.M., Rafiee, R., 2006. Simulation of fatigue failure in a full composite wind turbine blade. Composite Structures, vol. 74, pp. 332 – 342.
Tojo, B.M.S.A., 2012. Aero-Structural Blade Design of a High-Power Wind Turbine. Dissertação de Mestrado, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal.
Zhang, P. and Huang, S., 2011. Review of aeroelasticity for wind turbine: current status, research focus and future perspectives. Frontiers in Energy, vol. 5, pp. 419–434.
Wiser, R. et al., 2011. Wind Energy. In IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation. [O. Edenhofer, R. Pichs-Madruga, Y. Sokona, K. Seyboth, P. Matschoss, S. Kadner, T. Zwickel, P. Eickemeier, G. Hansen, S. Schlömer, C. von Stechow (eds)] - Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.