Universidade
Federal do Rio Grande
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EE - Artigos Publicados em Periódicos

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    3D numerical analysis about the shape influence of the hydro-pneumatic chamber in an oscillating water column (owc).
    (2015) Isoldi, Liércio André; Grimmler, Juliana do Amaral Martins; Letzow, Max; Souza, Jeferson Avila; Gomes, Mateus das Neves; Rocha, Luis Alberto Oliveira; Santos, Elizaldo Domingues dos
    The oceans represent one of the major energy natural resources, which potentially can be used to supply the World energy demand. In the last decades some devices to convert the wave ocean energy into electrical energy have been studied. In this work the operating principle of an Oscillating Water Column (OWC) converter was analyzed with a transient 3D numerical methodology, using the Finite Volume Method (FVM) and the Volume of Fluid (VOF) model. The incident waves on the OWC hydropneumatic chamber cause an oscillation of the water column inside the chamber producing an alternate air flow through the chimney. The air drives a turbine that is coupled to an electric generator. The aim of this work was to investigate the shape influence of the hydro-pneumatic chamber geometry in the air flow. For this, six cases were studied in laboratory scale and the results showed that the variation of the OWC chamber shape can improve 12.4% the amount of mass air flow.
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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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    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 analysis of an oscillating water column converter considering a physical constraint in the chimney outlet
    (2014) Gomes, Mateus das Neves; Seibt, Flávio Medeiros; Rocha, Luiz Alberto Oliveira; Santos, Elizaldo Domingues dos; Isoldi, Liércio André
    This work presents a 2D numerical study of an Oscillating Water Column (OWC) converter considering physical constraints in its outlet chimney to represent the turbine pressure drop. Two strategies were adopted. The first considers different dimensions for a physical constraint similar to an orifice plate, being the analysis performed in a laboratory scale. After that, other physical restriction with geometry similar to a rotor turbine was investigated in a real scale by means a dimensional variation. The numerical results indicate the importance of consider the pressure drop caused by turbine in the analysis of the OWC behavior.
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    Numerical study on the effect of submerged depth on the horizontal plate wave energy converter
    (2014) Seibt, Flávio Medeiros; Couto, Eduardo Costa; Santos, Elizaldo Domingues dos; Isoldi, Liércio André; Rocha, Luiz Alberto Oliveira; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas
    The growing search for clean and renewable energy sources has given rise to the studies of exploring sea wave energy. This paper is concerned with the numerical evaluation of the main operational principle of a submerged plate employed for the conversion of wave energy into electrical one. The numerical model used to solve the conservation equations of mass, momentum and transport of volume fraction is based on the finite volume method (FVM). In order to tackle with the flow of mixture of air-water and its interaction with the device, the multiphase model volume of fluid (VOF) is employed. The purpose of this study is the evaluation of a numerical model for improvement of the knowledge about the submerged plate wave energy converter, as well as the investigation of the effect of the distance from the plate to the bottom of the sea (H P) on the performance of the converter. The simulations for several distances of the plate from the seabed show that the optimal efficiency is 64%, which is obtained for H P=0.53 m (88% of the depth). This efficiency is 17% larger than that found in the worst case (H P=0.46 m, 77% of the depth).
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    Two-dimensional geometric optimization of an oscillating water column converter in laboratory scale
    (2012) Gomes, Mateus das Neves; Nascimento, Cristina Dias do; Bonafini, Beatriz Leandro; Santos, Elizaldo Domingues dos; Isoldi, Liércio André; Rocha, Luiz Alberto Oliveira
    The present paper presents a two-dimensional numerical study about the geometric optimization of an ocean Wave Energy Converter (WEC) into electrical energy that has as operational principal the Oscillating Water Column (OWC). To do so, the Constructal Design fundamentals were employed to vary the degree of freedom H1/L (ratio between height and length of the OWC chamber), while the other degree of freedom H2/l (ration between height and length of chimney) was kept constant. The OWC chamber area (φ1) and the total OWC area (φ2) are also kept fixed, being the problem constraints. In this study was adopted a regular wave with laboratory scale dimensions. The main goal was to optimize the device’s geometry aiming to maximize the absorbed power when it is subjected to a defined wave climate. For the numerical solution it was used the Computational Fluid Dynamic (CFD) commercial code FLUENT®, which is based on the Finite Volume Method (FVM). The multiphasic Volume of Fluid (VOF) model was applied to treat the water-air interaction. The computational domain was represented by an OWC device coupled into a wave tank. Thereby, it was possible to analyze the WEC subjected to regular wave incidence. An optimal geometry was obtained for (H1/L)o=0.84, being this one approximately ten times more efficient then the worst case (H1/L = 0.14), showing the applicability of Constructal Design in this kind of engineering problem.
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    Modelagem computacional de um dispositivo do tipo coluna de água oscilante para a costa de Rio Grande
    (2009) Gomes, Mateus das Neves; Isoldi, Liércio André; Olinto, Cláudio Rodrigues; Rocha, Luiz Alberto Oliveira; Santos, Elizaldo Domingues dos; Souza, Jeferson Avila
    Este trabalho apresenta a modelagem computacional de um conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO) submetido ao clima de ondas da costa da cidade de Rio Grande. A simulação numérica foi realizada utilizando-se o pacote FLUENT® e empregando-se o modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) na geração da onda e na interação da mesma com o conversor. O domínio computacional foi representado por um tanque de ondas acoplado ao dispositivo CAO, possibilitando analisar o seu comportamento quando sujeito a incidência de ondas regulares com características semelhantes ao clima de ondas na costa de Rio Grande. Os resultados obtidos demonstram a potencialidade da região em gerar energia elétrica a partir da energia das ondas do mar, através do conversor tipo CAO.
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    Energia das ondas do mar: modelagem computacional de um dispositivo de galgamento
    (2009) Iahnke, Silvana Letícia Pires; Gomes, Mateus das Neves; Isoldi, Liércio André; Rocha, Luiz Alberto Oliveira
    Este trabalho apresenta um breve estudo sobre energia das ondas do mar bem como a modelagem computacional de um dispositivo do tipo galgamento. A simulação foi realizada através do software de Dinâmica dos Fluidos Computacional FLUENT®, tendo sido empregado o modelo multifásico Volume of Fluid (VOF), para representar adequadamente a interação entre água e ar. Os resultados obtidos foram satisfatórios, sendo, na geração da onda, a diferença máxima entre os resultados numéricos e a solução analítica, em torno de 4.6%. Foi observado também, que o conhecimento da altura da onda, aliado ao projeto adequado da rampa, são fatores que determinam a ocorrência do galgamento.
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    Modelagem computacional de um dispositivo do tipo coluna de água oscilante para a costa de Rio Grande
    (2009) Gomes, Mateus das Neves; Isoldi, Liércio André; Olinto, Cláudio Rodrigues; Rocha, Luiz Alberto Oliveira; Santos, Elizaldo Domingues dos; Souza, Jeferson Avila
    Este trabalho apresenta a modelagem computacional de um conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO) submetido ao clima de ondas da costa da cidade de Rio Grande. A simulação numérica foi realizada utilizando-se o pacote FLUENT® e empregando-se o modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) na geração da onda e na interação da mesma com o conversor. O domínio computacional foi representado por um tanque de ondas acoplado ao dispositivo CAO, possibilitando analisar o seu comportamento quando sujeito a incidência de ondas regulares com características semelhantes ao clima de ondas na costa de Rio Grande. Os resultados obtidos demonstram a potencialidade da região em gerar energia elétrica a partir da energia das ondas do mar, através do conversor tipo CAO.