Estudio Computacional de una Turbina MHK de Eje Vertical a Escala de Utilidad: Un Enfoque Acoplado para el Modelado de Flujo-Sedimento-Actuador
Autores: Gholami Anjiraki, Mehrshad; Aksen, Mustafa Meriç; Shapourmiandouab, Samin; Craig, Jonathan; Khosronejad, Ali
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Estudio Computacional de una Turbina MHK de Eje Vertical a Escala de Utilidad: Un Enfoque Acoplado para el Modelado de Flujo-Sedimento-Actuador
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Simulación de grandes remolinos
Morfodinámica del lecho
Dinámica de sedimentos
Hidroquinética marina
Turbina de eje vertical
Modelo de superficie del actuador
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
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Presentamos un estudio acoplado de simulación de grandes remolinos (LES) y morfodinámica del lecho para investigar la influencia de la dinámica de sedimentos en el rendimiento de una turbina vertical de eje marino hidroquinético (VAT) a escala de utilidad, parametrizada por un modelo de superficie de actuador. Al resolver las interacciones entre las estructuras de flujo inducidas por la turbina y la evolución del lecho, este estudio ofrece información sobre las implicaciones ambientales del despliegue de VAT en entornos fluviales y marinos. Se examina una variedad de relaciones de velocidad de punta para evaluar la recuperación del estela, la producción de energía y la respuesta del lecho. Se implementa el método de superficie de actuador (ASM) para capturar los efectos de las palas verticales rotativas en el flujo, mientras que el método de frontera inmersa tiene en cuenta las interacciones del fluido con las paredes del canal y la capa de sedimento. Los resultados muestran que relaciones de velocidad de punta más altas intensifican la turbulencia, aceleran la recuperación del estela sobre lechos rígidos y mejoran los patrones de erosión y deposición debajo y aguas abajo de la turbina en condiciones de lecho vivo. La deformación del lecho en condiciones de lecho vivo induce estructuras de estela asimétricas a través de flujos de chorro, acelerando aún más la recuperación del estela y disminuyendo el rendimiento de la turbina en aproximadamente un 2%, en comparación con las condiciones de lecho rígido. Considerando el costo computacional del marco ASM, que es casi el 4% del enfoque de resolución de turbina, proporciona una herramienta eficiente pero robusta para evaluar las interacciones flujo-sedimento-turbina.
Descripción
Presentamos un estudio acoplado de simulación de grandes remolinos (LES) y morfodinámica del lecho para investigar la influencia de la dinámica de sedimentos en el rendimiento de una turbina vertical de eje marino hidroquinético (VAT) a escala de utilidad, parametrizada por un modelo de superficie de actuador. Al resolver las interacciones entre las estructuras de flujo inducidas por la turbina y la evolución del lecho, este estudio ofrece información sobre las implicaciones ambientales del despliegue de VAT en entornos fluviales y marinos. Se examina una variedad de relaciones de velocidad de punta para evaluar la recuperación del estela, la producción de energía y la respuesta del lecho. Se implementa el método de superficie de actuador (ASM) para capturar los efectos de las palas verticales rotativas en el flujo, mientras que el método de frontera inmersa tiene en cuenta las interacciones del fluido con las paredes del canal y la capa de sedimento. Los resultados muestran que relaciones de velocidad de punta más altas intensifican la turbulencia, aceleran la recuperación del estela sobre lechos rígidos y mejoran los patrones de erosión y deposición debajo y aguas abajo de la turbina en condiciones de lecho vivo. La deformación del lecho en condiciones de lecho vivo induce estructuras de estela asimétricas a través de flujos de chorro, acelerando aún más la recuperación del estela y disminuyendo el rendimiento de la turbina en aproximadamente un 2%, en comparación con las condiciones de lecho rígido. Considerando el costo computacional del marco ASM, que es casi el 4% del enfoque de resolución de turbina, proporciona una herramienta eficiente pero robusta para evaluar las interacciones flujo-sedimento-turbina.