Studio aerodinamico di una turbina eolica ad asse verticale = Aerodynamic study of a vertical axis wind turbine

Le Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) sono una tipologia di aerogeneratori caratterizzati da un asse di rotazione verticale. Queste sono una tecnologia relativamente nuova e sono state oggetto di molti studi di ricerca al fine di definirne le prestazioni e migliorarne la progettazione. La presenza di un albero centrale con asse perpendicolare alla direzione della velocità porta a sfide aerodinamiche uniche come la generazione di una scia vorticosa e l'interazione delle pale con questa. I vortici possono provocare grandi fluttuazioni nella velocità e nella direzione del flusso in corrispondenza delle pale della turbina; che possono influire negativamente sulle prestazioni generali della turbina, provocando un significativo aumento della resistenza aerodinamica ed una riduzione della forza di portanza generata dalle pale. Per superare queste problematiche, molti studi si sono focalizzati sull'ottimizzazione dei profili aerodinamici. Un'altra area di ricerca chiave nell'aerodinamica delle VAWT è lo sviluppo di strategie di controllo del flusso. Queste includono l'uso di tecniche di controllo attivo del flusso, come l'aspirazione dello strato limite, che può essere utilizzata per manipolare il flusso intorno alle pale della turbina per ridurre la resistenza aerodinamica e aumentare la portanza. Oltre a questi progressi, la ricerca in corso si sta concentrando sull'ottimizzazione della geometria delle pale della turbina, per migliorare le prestazioni a bassi rapporti di velocità di punta, o sulla valutazione dell'interazione della turbina con il terreno circostante, come ad esempio le asperità del suolo, gli edifici vicini o gli alberi. In questo contesto, questo lavoro di tesi ha studiato attraverso analisi numeriche basate sulle equazioni di Naviers-Stokes mediate alla Reynolds (RANS) gli effetti di strategie di controllo del flusso sulle prestazioni dei VAWT a basso Tip Speed Ratio (TSR). Al fine di ridurre i tempi di calcolo computazionale delle simulazioni 3D di turbine eoliche ad asse verticale sono stati testati nuovi modelli numerici basati su Lifting Line Free Vortex Wake (LLFVW). Infine, è stato studiato l'effetto sulle prestazioni di una configurazione di flap di Gurney. I risultati ottenuti in questo lavoro sono stati confrontati con le previsioni CFD ottenute per un rotore eolico H-type sviluppato dal team studentesco EoliTO.