Navegando por Autor "Didier, Eric Lionel"

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Análise numérica da eficiência de dispositivos conversores de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante aclopado em quebra-mar
(2020) Wiener, Guilherme Ferreira; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas; Didier, Eric Lionel
Com o advento da tecnologia nos tempos modernos, a demanda por energia elétrica é crescente ao longo dos anos. Em contrapartida, a maioria dos métodos de produção de energia utilizam recursos não renováveis, impactando o meio-ambiente e aumentando o custo de compra. Perante isto, diversos estudos abordam o tema de fontes renováveis de energia, em que uma das fontes é a das ondas. Um dos dispositivos de conversão de energia das ondas muito difundido é o de Coluna de Água Oscilante (CAO), em que uma câmara de ar fechada acima do nível da superfície livre e uma turbina acoplada são capazes de produzir eletricidade, sendo destaque em diversos trabalhos analíticos e experimentais. No presente trabalho, são realizadas análises numéricas para determinar as dimensões ótimas de turbinas do tipo Wells e câmaras de dispositivos de CAO inseridos em um quebra-mar hipotético, funcionando em paralelo, a uma profundidade de 14 m na costa Sul do Brasil. O estado de mar é representado pela ocorrência de ondas regulares para uma faixa de períodos e alturas características da região. Assim, são calculadas as potências médias anuais de diferentes combinações de diâmetros e rotações de turbina e de comprimento e largura da câmara do conversor CAO para determinar o dispositivo mais eficiente para a região. Para a realização das simulações numéricas, emprega-se o software FLUENT®, baseado no modelo Reynolds Averaged Navier-Stokes equations e a técnica Volume of Fluid (RANS-VoF), resolvidas numericamente pelo Método de Volumes Finitos, e o modelo simplificado TDO (Turbine Diameter Optimization) generalizado, desenvolvido neste trabalho. O modelo TDO modificado é calibrado pelo FLUENT® para cada onda incidente e considera o movimento oscilatório da superfície livre dentro da câmara como o de um pistão e o ar dentro da câmara sofrendo uma transformação adiabática. O diâmetro ótimo da turbina e o comprimento e largura do dispositivo que geram a maior eficiência são escolhidos considerando o estado de mar da região e dispositivos com 16 m de altura (10 m estão submersos) com uma parede frontal submersa de 2.5 m. Como resultado final, encontrou-se a maior eficiência (50.69%) em um dispositivo de 15x15 m e diâmetro de turbina de 3.00 m, sendo 17.35% mais eficiente que o dispositivo de 5x5 m e diâmetro de 1.25 m (33.34%).
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Análise numérica da interação entre escoamentos a baixos números de Reynolds e cilindros apoiados em base elástica
(2012) Gonçalves, Rafael Almeida; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas; Didier, Eric Lionel
Neste artigo são apresentadas análises numéricas de fenômenos que ocorrem na interação entre escoamentos com baixos números de Reynolds e cilindros apoiados em base elástica. As simulações são realizadas através de um modelo numérico que usa o método semi-implícito de Taylor-Galerkin de dois passos para discretizar as equações de Navier-Stokes e a formulação Lagrangeana-Euleriana Arbitrária (ALE) para seguir o movimento do cilindro. A descrição de movimento do corpo rígido é determinada através do método de Newmark. Primeiramente, são analisadas as características do processo de geração de vórtice para o cilindro fixo. Neste caso, são obtidos os resultados do número de Strouhal e dos coeficientes de arrasto e de sustentação para números de Reynolds variando de 90 a 140. Posteriormente é realizada a análise do cilindro com suporte flexível (com uma mola e um amortecedor) na direção transversal ao escoamento. São estudados o deslocamento do cilindro e as frequências de vibração, assim como o fenômeno de sincronização (lock-in) entre o desprendimento de vórtices e a frequência de vibração. Os resultados numéricos são comparados com os obtidos experimentalmente por outros autores.
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Numerical analysis of regular waves over an onshore oscillating water column
(2010) Davyt, Djavan Perez; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas; Ramalhais, Rúben dos Santos; Didier, Eric Lionel
The potential of wave energy along coastal areas is a particularly attractive option in regions of high latitude, such as the coasts of northern Europe, North America, New Zealand, Chile and Argentina where high densities of annual average wave energy are found (typically between 40 and 100 kW/m of wave front). Power estimated in the south of Brazil is 30kW/m, creating a possible alternative of source energy in the region. There are many types and designs of equipment to capture energy from waves under analysis, such as the oscillating water column type (OWC) which has been one of the first to be developed and installed at sea. Despite being one of the most analyzed wave energy converter devices, there are few case studies using numerical simulation. In this context, the numerical analysis of regular waves over an onshore OWC is the main objective of this paper. The numerical models FLUINCO and FLUENT® are used for achieving this goal. The FLUINCO model is based on RANS equations which are discretized using the two-step semi-implicit Taylor-Galerkin method. An arbitrary lagrangean eulerian formulation is used to enable the solution of problems involving free surface movements. The FLUENT® code (version 6.3.26) is based on the finite volume method to solve RANS equations. Volume of Fluid method (VOF) is used for modeling free surface flows. Time integration is achieved by a second order implicit scheme, momentum equations are discretized using MUSCL scheme and HRIC (High Resolution Interface Capturing) scheme is used for convective term of VOF transport equation. The case study consists of a 10.m deep channel with a 10 m wide chamber at its end. One meter high waves with different periods are simulated. Comparisons between FLUINCO and FLUENT results are presented. Free surface elevation inside the chamber; velocity distribution and streamlines; amplification factor (relation between wave height inside the chamber and incident wave height); phase angle (angular difference between the wave inside and outside the chamber); and sloshing parameter to quantify it inside the chamber are analised. Finally, a discussion of the potential and limitations of each numerical model as well as the behaviour of the onshore OWC device is presented.
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Numerical simulation of an oscillating water column device using a code based on Navier-Stokes equations
(2013) Teixeira, Paulo Roberto de Freitas; Davyt, Djavan Perez; Didier, Eric Lionel; Ramalhais, Rúben dos Santos
The study of ways of converting ocean wave energy into a useful one and the improvement of the existing equipment are complex engineering problems and very important issues in today’s society. In this paper, the onshore oscillating water column device, in a 10 m deep channel subjected to 1 m high incident wave and wave periods from 4 s to 15 s, is investigated. The numerical analyses are carried out using Fluinco model that deals with incompressible flow problems based on the Navier-Stokes equations and employs the two-step semi-implicit Taylor-Galerkin method. An aerodynamic model is implemented in the algorithm to determine the air pressure that is imposed on the free surface. Analyses are divided into two sections. In the first section, the flow variables obtained by Fluinco and the commercial model Fluent are compared and similar results are obtained. In the second section, an investigation of the chamber geometry and turbine characteristic relation that provide the best device performance is carried out. In this case, variations in the front wall depth, the chamber length, the turbine characteristic relation and the chamber height, are made.
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Numerical simulations of low reynolds number flows past elastically mounted cylinder
(2012) Gonçalves, Rafael Almeida; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas; Didier, Eric Lionel
The vortex-induced vibration (VIV) phenomenon has drawn the attention of researchers in Engineering for several decades. An example is the riser used for petroleum exploration, in which it is subjected to marine flows that may cause oscillations due to vortex shedding. In this paper, numerical analyses of the phenomena that occur in the interaction among flows at low Reynolds numbers and elastically mounted cylinders are presented. The simulation is carried out by using the numerical model Ifeinco that uses a semi-implicit two-step Taylor-Galerkin method to discretize the Navier-Stokes equations and the arbitrary Lagrangean-Eulerian formulation to follow the cylinder motion. The rigid body motion description is calculated by using the Newmark method. Firstly, the characteristics of the vortex generation process for the fixed cylinder are analyzed. In this case, the Strouhal number, the mean drag and the RMS lift coefficients for Reynolds numbers ranging from 90 to 140 are shown. Afterwards, an analysis of a flexible supported cylinder (with a spring and a damper) in transverse direction subject to flows with Reynolds numbers ranging from 90 to 140 is carried out. The cylinder displacement and the vibration frequencies are studied; the synchronization between the vortex shedding and the vibration frequency (lock-in) is analyzed. Similar results to the experimental ones developed by Anagnostopoulos and Bearman (1992) were obtained in this study.
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Simulação numérica da ação de ondas sobre um dispositivo de captação de energias das ondas do tipo coluna de água oscilante
(2011) Davyt, Djavan Perez; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas; Ramalhais, Rúben dos Santos; Didier, Eric Lionel
Neste trabalho é analisado um dispositivo de extração de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante sob a ação de ondas regulares de diferentes períodos. São realizadas variações no comprimento submerso da parede frontal e no comprimento da câmara. Para tal é utilizado o código numérico FLUINCO, o qual é baseado nas equações RANS e a discretização é realizada utilizando o método semi-implícito de Taylor-Galerkin de dois passos. Uma formulação lagrangeana-euleriana arbitrária (ALE) é utilizada para permitir a solução de problemas que envolvem movimentos da superfície livre. Alguns resultados são comparados com os obtidos utilizando o programa FLUENT. São apresentados a amplificação (relação entre a altura da onda incidente a e dentro da câmara), distribuição das velocidades e vetores de velocidade.
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Simulação numérica de um dispositivo de aproveitamento da energia das ondas do tipo coluna de água oscilante: comparação de dois códigos numéricos
(2010) Conde, José Manuel Paixão; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas; Didier, Eric Lionel
Neste artigo apresentam-se os resultados da aplicação de dois códigos numéricos na simulação de um dispositivo de aproveitamento da energia das ondas do tipo coluna de água oscilante. Um dos códigos (FLUINCO) é baseado na técnica dos elementos finitos e o outro (FLUENT) na técnica dos volumes finitos. O objectivo do trabalho consiste na validação destes códigos para este tipo de escoamento, com o intuito de os aplicar de forma sistemática no projecto de sistemas de aproveitamento de energia das ondas. O caso simulado, que corresponde a um modelo simplificado testado experimentalmente, permitiu concluir da boa qualidade dos resultados obtidos, existindo uma boa correspondência entre os resultados experimentais e os obtidos pelos códigos numéricos.