Analisi numerica del campo di moto intorno ad un generatore eolico ad asse verticale

As a consequence of the technological development, the world's energy demand has rapidly risen, becoming one of the most signi cant modern issues. Coal and other fossil fuels are the fundamental energy sources, but in recent years the depletion of these sources, together with the global warming problem has increased the interest about alternative and sustainable energy sources. Wind power represents one of the most important and promising renewable alter- natives to fossil fuels. A wind turbine is the device used to produce mechanical and electrical energy. Wind turbines can be classi ed in HAWT Horizontal Axis Wind Turbine and VAWT Vertical Axis Wind Turbine. The rst category is the most common but VAWTs show some bene t like the insensibility to the wind direction and are more suitable for urban environment. For this reason the VAWTs represent an interesting solution. In order to project an e cient turbine we should know the aerodynamic eld. The purpose of this work is to study the aerodynamic elds of vertical axis wind turbine, using the CFD. ROSITA, the software used for the analysis, includes a RANS equations solver and a Spalart-Allmaras turbulence model. The aerody- namic eld is very complicated as result of the tridimensional nature of the ux, the possible presence of dynamic stall due to the incidence variation during the rotation, and the tip vortex. The investigated wind turbine has three straight blades, and in the numerical simulation we assume the symmetry in the plane horizontal plane in order to reduce the computational e ort. Finally, the numerical results have been compared with experimental test.

Di pari passo con lo sviluppo tecnologico, negli ultimi decenni, è aumentato il fabbisogno energetico globale. La principale fonte di energia è rappresentata dai combustibili fossili, ma, negli ultimi anni, a causa del progressivo esaurirsi di tali fonti e di una crescente sensibilità per le tematiche ambientali, è aumenta- ta l'importanza delle fonti rinnovabili. Tra queste un ruolo chiave è ricoperto dall'energia eolica. Oltre alle classiche turbine ad asse orizzontale, e cienti e adatte a fornire poten- ze elevate, sta aumentando l'interesse verso i generatori di piccole dimensioni ad asse verticale. Questi infatti sono più facilmente integrabili nell'architettura e più adatti a contesti urbani, data la loro bassa rumorosità e la maggiore insen- sibilità alle variazioni di direzione del vento. La disponibilità di generatori eolici e cienti è quindi un problema di grande importanza, e la loro progettazione non può prescindere da uno studio aerodinamico adeguato. Lo scopo del lavoro di tesi qui presentato è lo studio numerico del campo di mo- to intorno ad un generatore eolico ad asse verticale. L'aerodinamica in gioco è particolarmente complessa e tutt'ora non pienamente compresa: il usso è forte- mente tridimensionale e vi sono fenomeni di stallo dinamico legati alla variazione di incidenza delle pale durante il moto. Particolare attenzione è stata rivolta allo studio del campo di velocità e dei fenomeni vorticosi, come ad esempio la formazione dei vortici di estremità, studiando il campo di moto su più piani. Lo Vertical Axis Wind Turbine ) a studio è stato realizzato su un modello di VAWT ( tre pale rettilinee. Sono state eseguite delle simulazioni numeriche (CFD), sfrut- tando le equazioni RANS; il solutore scelto per lo scopo è il software ROSITA. Le simulazioni sono state e ettuate sfruttando l'ipotesi di simmetria del usso rispetto al piano orizzontale. I risultati numerici in ne sono stati confrontati con risultati sperimentali frutto di precedenti attività in galleria.