Criteri di progettazione di turbine eoliche attraverso codici fluidodinamici 3D

Il presente lavoro ha come finalità lo sviluppo di criteri innovativi utili alla progettazione di turbine eoliche, a partire dall’utilizzo congiunto di codici 1D/3D. In particolare è stato generato un modello fluidodinamico tridimensionale avvalendosi del software commerciale Ansys Workbench 13.0. E’ stato inoltre effettuato un confronto prestazionale tra il codice 1D (basato sulla BEM Theory) messo a punto dal Gruppo di Macchine a Fluido dell’Università di Catania ed il codice Fluent 3D con l’obiettivo di evidenziarne le differenze in termini di accuratezza e predittività dei risultati contemperando inoltre i relativi tempi di calcolo. Viene illustrata la metodologia adottata per l’impostazione del modello fluidodinamico tridimensionale, dalla generazione della griglia ai modelli di turbolenza utilizzati per la chiusura del sistema di equazioni RANS (SST k-ω a 2 equazioni e Transitional SST a 4 equazioni). In particolare si è mostrato come sia possibile ottenere una mesh 3D di elevata qualità in grado di ottimizzare la discretizzazione spaziale del dominio fluidodinamico in funzione delle caratteristiche dei flussi previsti e dei modelli di turbolenza, che necessitano griglie di calcolo particolarmente raffinate nella zona dello strato limite. A tale scopo si è proceduto alla conversione delle celle dalla geometria tetraedrica a quella poliedrica conseguendo in tal modo una considerevole diminuzione del numero delle stesse, accompagnata da un migliore allineamento delle facce col flusso e da una riduzione degli errori di interpolazione e della diffusione numerica dell’errore. I due modelli di turbolenza citati sono stati inoltre testati al fine di dimostrare la superiore capacità predittiva del nuovo modello “Transitional SST”. Per simulare gli effetti della rotazione è stato implementato, un modello di tipo Moving Reference Frame (MRF), che consente di valutare adeguatamente i flussi tridimensionali che si sviluppano lungo l’ala del rotore. Successivamente, viene presentata la validazione sperimentale del modello CFD 3D attraverso set di dati reperiti in letteratura scientifica e relativi alla turbina NREL PHASE VI. La generalizzazione dei risultati ottenuti mediante l’applicazione allo studio di turbine per le quali non si hanno a disposizione dati sperimentali, conclude l’articolo proposto.