Una revisión crítica de los enfoques de modelado CFD para turbinas Darrieus: evaluando las discrepancias en la estimación del coeficiente de potencia y el desarrollo de vórtices en la estela
Autores: Fertahi, Saïf ed-Dîn; Belhadad, Tarik; Kanna, Anass; Samaouali, Abderrahim; Kadiri, Imad; Benini, Ernesto
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Una revisión crítica de los enfoques de modelado CFD para turbinas Darrieus: evaluando las discrepancias en la estimación del coeficiente de potencia y el desarrollo de vórtices en la estela
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Dinámica de fluidos computacional
Simulaciones 2D
2.5D
3D
Turbinas Darrieus
Dinámica de vórtices
Modelado CFD
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Esta revisión crítica profundiza en el impacto de las técnicas de modelado de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), específicamente simulaciones 2D, 2.5D y 3D, en el rendimiento y la dinámica de vórtices de las turbinas Darrieus. El objetivo central es desglosar las disparidades evidentes en los resultados numéricos derivados de estas metodologías de simulación al evaluar el coeficiente de potencia (Cp) dentro de un rango definido de relación de velocidad. El examen profundiza en los modelos de turbulencia prevalentes que moldean los valores de Cp y ofrece ayudas visuales perspicaces para explicar su influencia. Además, la revisión subraya la razón predominante detrás de la adopción del modelado CFD 2D, atribuida a su naturaleza computacionalmente eficiente en comparación con los enfoques más complejos 2.5D o 3D, particularmente al medir el rendimiento de la turbina dentro del ámbito designado. Además, el estudio curaduría meticulosamente un compendio de hallazgos de una extensa colección de más de 250 artículos publicados. Estos hallazgos encapsulan la evolución de parámetros clave, incluidos Cp, coeficiente de momento (Cm), coeficiente de sustentación (Cl) y coeficiente de arrastre (Cd), así como la representación intrincada de contornos de velocidad, distribuciones de presión, patrones de vorticidad, dinámicas de energía cinética turbulenta, líneas de corriente y análisis del criterio Q de vorticidad. Un punto focal adicional de la revisión gira en torno al discernimiento de la ejecución de investigaciones paramétricas 2D para optimizar la eficacia de la turbina Darrieus. Esta práctica persiste a pesar de la aparición de estructuras de flujo turbulento inducidas por modificaciones geométricas. Notablemente, las limitaciones inherentes a la metodología 2D se ejemplifican vívidamente a través de representaciones de contornos CFD convincentes intercaladas a lo largo de la revisión. Vitalmente, la revisión subraya que medir la precisión y validación de los modelos CFD basándose únicamente en la comparación de los valores de Cp con datos experimentales es insuficiente. En cambio, la validación de los modelos CFD se basa en valores de Cp promediados en el tiempo, subrayando así la necesidad de tener en cuenta los intrincados patrones de vórtices en la estela de la turbina, un aspecto que diverge significativamente entre las simulaciones 2D y 3D. Con el fin de mostrar las disparidades existentes en el modelado CFD del comportamiento de la turbina Darrieus y facilitar la selección del enfoque de modelado CFD más juicioso, la revisión presenta y evalúa diligentemente los resultados de diversos esfuerzos de investigación publicados en revistas científicas de renombre.
Descripción
Esta revisión crítica profundiza en el impacto de las técnicas de modelado de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), específicamente simulaciones 2D, 2.5D y 3D, en el rendimiento y la dinámica de vórtices de las turbinas Darrieus. El objetivo central es desglosar las disparidades evidentes en los resultados numéricos derivados de estas metodologías de simulación al evaluar el coeficiente de potencia (Cp) dentro de un rango definido de relación de velocidad. El examen profundiza en los modelos de turbulencia prevalentes que moldean los valores de Cp y ofrece ayudas visuales perspicaces para explicar su influencia. Además, la revisión subraya la razón predominante detrás de la adopción del modelado CFD 2D, atribuida a su naturaleza computacionalmente eficiente en comparación con los enfoques más complejos 2.5D o 3D, particularmente al medir el rendimiento de la turbina dentro del ámbito designado. Además, el estudio curaduría meticulosamente un compendio de hallazgos de una extensa colección de más de 250 artículos publicados. Estos hallazgos encapsulan la evolución de parámetros clave, incluidos Cp, coeficiente de momento (Cm), coeficiente de sustentación (Cl) y coeficiente de arrastre (Cd), así como la representación intrincada de contornos de velocidad, distribuciones de presión, patrones de vorticidad, dinámicas de energía cinética turbulenta, líneas de corriente y análisis del criterio Q de vorticidad. Un punto focal adicional de la revisión gira en torno al discernimiento de la ejecución de investigaciones paramétricas 2D para optimizar la eficacia de la turbina Darrieus. Esta práctica persiste a pesar de la aparición de estructuras de flujo turbulento inducidas por modificaciones geométricas. Notablemente, las limitaciones inherentes a la metodología 2D se ejemplifican vívidamente a través de representaciones de contornos CFD convincentes intercaladas a lo largo de la revisión. Vitalmente, la revisión subraya que medir la precisión y validación de los modelos CFD basándose únicamente en la comparación de los valores de Cp con datos experimentales es insuficiente. En cambio, la validación de los modelos CFD se basa en valores de Cp promediados en el tiempo, subrayando así la necesidad de tener en cuenta los intrincados patrones de vórtices en la estela de la turbina, un aspecto que diverge significativamente entre las simulaciones 2D y 3D. Con el fin de mostrar las disparidades existentes en el modelado CFD del comportamiento de la turbina Darrieus y facilitar la selección del enfoque de modelado CFD más juicioso, la revisión presenta y evalúa diligentemente los resultados de diversos esfuerzos de investigación publicados en revistas científicas de renombre.