O estudo do layout das turbinas num parque eólico permite determinar qual a melhor
disposição das mesmas para consequentemente melhorar o desempenho global do parque.
Dada a complexidade, este importante estudo é muitas vezes realizado com recurso a
ferramentas numéricas, que envolvem um elevado esforço computacional e elevado tempo
de execução.
O objetivo do presente estudo é implementar um modelo de baixa exigência computacional
que seja adequado para prever de forma preliminar o layout de um parque eólico,
no qual podem ser identificadas interferências entre as esteiras das turbinas. Um modelo
de esteira simples é acoplado à ferramenta ANSYS FLUENT r CFD através de User Defined
Functions (UDF). Este modelo é baseado nas modificações propostas por El Kasmi
e Masson, 2008, para o modelo de turbulência k-". A utilização das UDF confere uma
versatilidade na disposição das turbinas no domínio, sem exigir alterações na geometria
do domínio e na geração da malha.
O presente estudo divide-se em duas partes, na primeira parte implementa-se o modelo
via UDF e valida-se o modelo de previsão da esteira por comparação dos resultados
numéricos obtidos com os dados experimentais do estudo de Pederson e Nielson, em 1980.
O método proposto inclui o efeito de rotação do rotor pelo que se estuda a influência da
sua modelação no desenvolvimento da esteira e ilustra-se a metodologia proposta para
determinar as condições iniciais do escoamento de turbinas em tandem. Na segunda parte
demonstram-se as potencialidades da modelação das turbinas por UDF no estudo da
interação entre turbinas.
Os resultados do caso de uma turbina isolada permitem concluir que o método proposto
prevê eficientemente a esteira na região distante, onde se encontram as turbinas em
tandem. Através dos resultados da interação entre turbinas demonstra-se o potencial do
método na definição do layout de um parque eólico.The study of wind-turbine layout in a wind farm aims at determining the disposition
of these that improve the overall farm performance. Due to its complexity, this important
study is often done resorting to numerical tools, which encompass a high computational
effort and running time.
The goal of the present study is to implement a model involving low computational
power and suitable for preliminary assessments of a wind farm layout, in which possible
interferences between the wakes of the turbines can be identified. A simple wake model
is coupled to the ANSYS FLuent CFD tool via user defined functions (UDF). It is based
on modifications by El Kasmi and Masson, 2008 to the k-" turbulence model. The use
of UDF gives versatility to the wake model when the matter is the turbine’s disposition
along the domain, without demanding changes in the domain and meshs geometry.
The present study is divided in two parts, in the first part the numerical wake model
is validated by doing a comparison with the numerical results obtained by Pederson
and Nielson’s experimental data, obtained in 1980. The proposed model incorporate
the rotor’s rotation effect, so its influence on the wake development is studied and the
proposed methodology to determine the flow’s initial conditions in tandem turbines is
illustrated. In the second part it is shown the capability of wind turbine modelling and
implementation of turbines using UDF in the study of turbine interaction.
The results for an isolated turbine allow to determine that the proposed method
predicts the wake efficiently at a long distance from the turbine when placed in tandem
configuration. Throughout this results of the wind turbine interaction it is shown the
potential of this method on the wind farm layout’s definition
