Tesis:
Caracterización numérica de la turbulencia en la estela de una aeroturbina mediante un modelo de simulación de grandes escalas.
- Autor: JIMENEZ ALVARO, Ángel
- Título: Caracterización numérica de la turbulencia en la estela de una aeroturbina mediante un modelo de simulación de grandes escalas.
- Fecha: 2008
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: INGENIERIA ENERGETICA Y FLUIDOMECANICA
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/2041/
- Director/a 1º: CRESPO MARTINEZ, Antonio
- Resumen: Las estelas de aeroturbinas son un interesante tema de estudio. El defecto de momento y el incremento en el nivel de turbulencia creado por las máquinas en un parque eólico suele causar una reducción en la potencia generada y cargas transitorias en otras turbinas. En parques en que, por escasez de espacio, el aumento de los costes de obra civil, etc., los aerogeneradores se sitúan demasiado cerca unos de otros, la intensidad de turbulencia puede crecer lo suficiente como para causar en algunos de ellos un daño considerable debido a las cargas dinámicas y al fenómeno de fatiga. La presente Tesis Doctoral tiene como objetivo caracterizar la turbulencia en la estela de una aeroturbina a través de simulación numérica. Lo novedoso de la metodología desarrollada es la utilización de la técnica conocida como Simulación de Grandes Escalas (normalmente conocido por sus siglas en inglés LES, de Large Eddy Simulation). LES proporciona una solución del campo fluido tridimensional y no estacionaria, resolviendo físicamente la turbulencia a excepción de las pequeñas escalas que son modelizadas. Los modelos existentes hasta la fecha utilizan un cierre de las ecuaciones de tipo RANS estableciendo un promedio de Reynolds sobre todas las escalas turbulentas, de manera que sólo proporcionan información sobre los valores medios de las magnitudes fluidas. Los recursos computacionales requeridos por la simulación LES son mayores que los de los modelos RANS pero muy razonables y al alcance de cualquiera. Uno de los objetivos importantes de la Tesis es la simulación numérica de la estela en condiciones que reproduzcan la turbulencia ambiente atmosférica. Las propiedades de la turbulencia del viento son bien conocidas, pero difícilmente reproducibles. Una gran parte del trabajo realizado ha estado encaminado a la obtención de un viento numérico con propiedades turbulentas próximas a las del flujo atmosférico. El paso siguiente es la introducción de un modelo simplificado de aeroturbina, que se engloba dentro del grupo de modelos del tipo de disco actuador. La turbina se representa a través de una serie de fuerzas de volumen introducidas en cierta selección de celdas de la malla. La simulación de grandes escalas permite obtener las propiedades fluidas en el seno de la estela, en particular los defectos de velocidad y las componentes del tensor de Reynolds, relacionadas con la intensidad de turbulencia en las tres direcciones del espacio y con los esfuerzos turbulentos de cortadura. Con el objeto de validar los métodos empleados, los resultados de la simulación de la estela son comparados con datos experimentales obtenidos en parques eólicos existentes en la actualidad y también con ciertas correlaciones analíticas propuestas previamente por diversos autores. La capacidad de LES ha permitido además reproducir ciertas propiedades de la turbulencia a las que no es posible llegar con los modelos de tipo RANS. Se han calculado los espectros de densidad de potencia y de coherencia espacial, que han sido comparados también con datos experimentales de este tipo.