Assessment of computational fluid dynamics methodology to investigate the phenomenon of vortex shedding in bladeless wind and hydrokinetic turbines

• Murilo S. Rodrigues ^[1] ; Marcelo L. S. Silva ^[1] ; Alexandre L. A. Mesquita ^[1]
  1. [1] Universidad Federal de Pará

     Universidad Federal de Pará

     Brasil

     
• Localización: Fuentes: El reventón energético, ISSN-e 1657-6527, Vol. 23, Nº. 1, 2025, págs. 83-93
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Evaluación de la metodología de dinámica de fluidos computacional para investigar el fenómeno de desprendimiento de vórtices en turbinas eólicas e hidrocinéticas sin palas
• Enlaces
  • Texto completo (pdf)
• Resumen
  • español

    El escenario global actual indica la sustitución gradual de la generación de energía a partir de combustibles fósiles por fuentes renovables. Esta tendencia ha acelerado el desarrollo de nuevos sistemas de generación de energía limpia, como las turbinas cinéticas sin palas excitadas por el fenómeno de vibración inducida por vórtices. En el proyecto de estos innovadores dispositivos, es crucial disponer de una metodología de cálculo numérico para investigar los fenómenos aeroelásticos que excitan el sistema. Así, una vez validado el modelo numérico, se pueden evaluar diferentes configuraciones operativas del sistema. El presente estudio pretende analizar los diferentes pasos en el desarrollo de un modelo de dinámica de fluidos computacional que sea capaz de reproducir el desprendimiento de vórtices alrededor de la sección cilíndrica de una turbina sin palas para proporcionar los coeficientes de arrastre y sustentación necesarios para la determinación de la fuerza de excitación sobre el cilindro. Se analizan en detalle cuestiones como el refinamiento de la malla, los efectos del paso de tiempo y la selección del modelo de turbulencia. Los resultados obtenidos para los coeficientes de arrastre y sustentación, el número de Strouhal y el coeficiente de presión concuerdan con los resultados de la literatura. Los resultados indican que el modelo numérico desarrollado puede aplicarse eficazmente al estudio de turbinas cinéticas sin palas.

  • English

    The current global scenario indicates the gradual substitution of fossil fuel power generation by renewable sources. This trend has accelerated the development of new clean energy generation systems, such as bladeless kinetic turbines excited by the phenomenon of vortex-induced vibration. In the design of these innovative devices, it is crucial to have a numerical calculation methodology to investigate the aeroelastic phenomena that excites the system. Therefore, once the numerical model has been validated, different operational configurations of the system can be evaluated. The present study aims to analyze the different steps in the development of a computational fluid dynamics model that is able to reproduce the vortex shedding around the cylindrical section of a bladeless turbine to provide the drag and lift coefficients necessary for the determination of the excitation force on the cylinder. Issues of mesh refinement, time step effects, and turbulence model selection are analyzed in detail. The obtained results for drag and lift coefficients, Strouhal number, and pressure coefficient agree with literature findings. The results indicate that the numerical model developed can be effectively applied to the study of bladeless kinetic turbines.