dc.creator |
MAIA, Pâmela Badessa |
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dc.date.issued |
2022-12-02 |
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dc.identifier.uri |
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3502 |
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dc.description.abstract |
rotor with 8 blades formed by NACA 0015 airfoils of constant chord length is carried out.
The results obtained for the turbine performance characteristics (torque coefficient, total pressure
drop coefficient across the turbine and efficiency) are compared to experimental and numerical
values available in the literature.
In order to carry out the numerical simulations of steady state flow in the Wells turbine
rotor, a periodic hydraulic channel and a single computational domain were used. An unstructured
mesh was employed, with prismatic layers close to the rotor blade surface. The k-ε
Realizable turbulence model was used with improved wall treatment. For the pressurevelocity
coupling, the SIMPLEC method and second-order discretization and interpolation
schemes were used.
In a second approach, an optimization methodology for maximizing the torque coefficient
and the rotor efficiency of the Wells turbine is presented. The optimization process consisted
of generating a DOE (Design of Experiments) experiment plan, where the profiles
chord length and blade thickness were defined as geometric design variables, both parameterized
and referring to the average height and tip of the blade. After carrying out numerical
simulations of the flow at all points of the DOE, a statistical analysis was applied to the results
obtained, verifying that the thickness of the blade does not statistically have a significant
influence on the aerodynamic performance of the Wells turbine rotor.
The results obtained provided two optimal geometries for the Wells turbine rotor, the
first geometry (Optimized A) presented a maximum gain of 31.11% for the torque coefficient
and 13.59% for maximum efficiency. The second geometry (Optimized B) showed a gain of
20.18% for maximum efficiency and a reduction of 5.44% for maximum torque coefficient. |
pt_BR |
dc.language |
por |
pt_BR |
dc.publisher |
Universidade Federal de Itajubá |
pt_BR |
dc.rights |
Acesso Aberto |
pt_BR |
dc.subject |
Turbomáquina |
pt_BR |
dc.subject |
Rotor de turbina Wells |
pt_BR |
dc.subject |
Otimização |
pt_BR |
dc.subject |
DOE |
pt_BR |
dc.subject |
DFC |
pt_BR |
dc.title |
Otimização geométrica do rotor Wells aplicado em usinas de coluna de água oscilante |
pt_BR |
dc.type |
Dissertação |
pt_BR |
dc.date.available |
2023-02-14 |
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dc.date.available |
2023-02-14T11:09:54Z |
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dc.date.accessioned |
2023-02-14T11:09:54Z |
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dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/6653143573425349 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
CAMACHO, Ramiro Gustavo Ramirez |
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dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/6194277568885657 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 |
OLIVEIRA, Waldir de |
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dc.contributor.advisor-co1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/7226409561260413 |
pt_BR |
dc.description.resumo |
Em uma primeira abordagem, é realizada a validação da simulação numérica (DFC)
deum rotor de turbina Wells de8 pás formadas, por perfis aerodinâmicos NACA 0015 de
comprimento da corda constante. Os resultados obtidos para as características de desempenho
da turbina (coeficiente de torque, coeficiente de queda de pressão total e eficiência) são comparados
aos valores experimentais e numéricos disponíveis na literatura.
Para a realização das simulações numéricas do escoamento em regime permanente no
rotor da turbina Wells, foi utilizado um canal hidráulico periódico e um único domínio computacional.
Malha não estruturada foi empregada, com camadas prismáticas nas proximidades
da superfície pá do rotor. O modelo de turbulência 𝑘 − 𝜀Realizable foi utilizado com tratamento
de parede aprimorado. Para o acoplamento pressão-velocidade foi utilizado o método
SIMPLEC e esquemas de discretização e interpolação de segunda ordem.
Em uma segunda abordagem, é apresentada uma metodologia de otimização para maximização
do coeficiente de torque e da eficiência do rotor da turbina Wells. O processo de
otimização consistiu na geração de um plano de experimentos DOE (Design of Experiments),
onde foram definidas como variáveis geométricas de projeto o comprimento da corda e a espessura
da pá, ambas parametrizadas e referentes à altura média e ao topo da pá. Após a realização
das simulações numéricas do escoamento em todos os pontos do DOE, foi aplicada uma
análise estatística aos resultados obtidos, verificando-se que a espessura da pá estatisticamente
não tem influência significativa sobre o desempenho aerodinâmico do rotor da turbina Wells.
Os resultados obtidos forneceram duas geometrias ótimas para o rotor da turbina
Wells, sendo que a primeira (Otimizado A) apresentou um ganho máximo de31,11% para o
coeficiente de torque e de 13,59% para a máxima eficiência. A segunda geometria (Otimizado
B) apresentou um ganho de 20,18% para a máxima eficiência e uma redução de 5,44% para o
máximo coeficiente de torque. |
pt_BR |
dc.publisher.country |
Brasil |
pt_BR |
dc.publisher.department |
IEM - Instituto de Engenharia Mecânica |
pt_BR |
dc.publisher.program |
Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica |
pt_BR |
dc.publisher.initials |
UNIFEI |
pt_BR |
dc.subject.cnpq |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA |
pt_BR |
dc.relation.references |
MAIA, Pâmela Badessa. Otimização geométrica do rotor Wells aplicado em usinas de coluna de água oscilante. 2022. 151 f. Dissertação. (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2022. |
pt_BR |