Experimental and numerical study of a diffuser augmented wind turbine - DAWT

• Author(s): Maia, Lino André Bala
• Date: 2014
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10198/11600
• Origin: Biblioteca Digital do IPB
• Subject(s): Concentrator-diffuser; Blade aerodynamic; Small wind turbine; Power coefficient
• Document Type: Master thesis
• Language: English
• Advisor(s): Ribeiro, Luís Frölén; Ribeiro, J.E.
• Contributor(s): Biblioteca Digital do IPB

Description

The effect of concentrator-diffuser (C-D) of a shrouded wind turbine was studied. The main objective involved assessing the increment that this device induces in productivity of small wind turbines. Also the aerodynamic performance of two scaled blade models were studied in terms of drag and lift forces as a function of angle of attack for Re of 15714 and 37143. Wind turbine power performance was evaluated in terms of power coefficient values. Laboratory measurements showed that improvements were obtained on the electrical power values, resulting in an average increase of 90% in the corresponding power coefficient values. A more pronounced enhancement is described at lower wind speed values. CFD calculations were performed at flow values of 6 and 14 m/s to the C-D device. CFD calculations performed an evaluation of velocity experienced in the action rotor zone, which provided maximum increases of 81 % and 86 %, respectively. Numerical simulations and experimental measurements were performed also to the blades, where the results obtained were similar, providing a difference of 25 % for drag forces.

Neste trabalho estudou-se o efeito do concentrador-difusor (C-D) numa turbina eólica encapsulada. O principal objetivo deste estudo é avaliar o incremento que o C-D induz na produtividade de turbinas eólicas de pequena dimensão. Foi também avaliado o desempenho aerodinâmico de dois modelos de uma pá com diferentes razões de escala. Estes modelos foram avaliados em termos de forças de arrasto e de sustentação em função do ângulo de ataque, considerando Reynolds de 15714 e 37143. O desempenho energético da turbina foi avaliada em termos de coeficiente de potência. Segundo as medições laboratoriais verificou-se melhorias nos valores de potência elétrica, resultando num aumento médio de 90 %, nos correspondentes valores de coeficiente de potência. Para valores de velocidade mais baixos verificou-se um incremente mais pronunciado. Efetuaram-se simulações CFD ao dispositivo C-D para valores de velocidade de vento de 6 e 14 m/s. Estas simulações reproduziram uma avaliação dos valores de velocidade do ar verificados na zona de ação do rotor, produzindo aumentos máximos de 81 % e 86 %, respetivamente. Aplicaram-se também medições experimentais e simulações numéricas para avaliar o desempenho aerodinâmico da pá. Estas produziram resultados similares, originando uma diferença média de 25 % nos valores das forças de arrasto.