Modelagem computacional e método constructal design aplicados a um conversor de energia das ondas do mar do tipo coluna de água oscilante (CAO) analisando a influência em seu desempenho da variação da razão entre o volume de entrada e o volume total da câmara hidropneumática

Abstract

O presente trabalho trata de simular numericamente o princípio de funcionamento do conversor do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO), considerando uma onda regular em escala real. O objetivo é avaliar a influência da razão entre o volume de entrada da câmara hidropneumática (VE) e o volume total da câmara (VT) no desempenho de um conversor do tipo CAO. São analisados nove valores diferentes para a relação VE/VT. Através do Design Construtal é analisada a geometria que conduz ao melhor desempenho, buscando maximizar a conversão da energia das ondas regulares em energia elétrica, sendo a potência disponível, considerada a função objetivo do problema. Foi estudado o grau de liberdade razão entre a altura da câmara hidropneumática (H1) e o comprimento da câmara (L). O domínio computacional é representado por um tanque de ondas, com o dispositivo CAO acoplado. O FLUENT foi empregado para a solução numérica das equações, baseada no Método dos Volumes Finitos (MVF). A construção da geometria e a geração da malha foram realizadas no GAMBIT. Na interação entre as fases ar e água foi aplicado o método Volume of Fluid (VOF). Os resultados obtidos sugerem que o desempenho do dispositivo CAO, é melhor quando o comprimento de entrada da câmara (L) é aproximadamente o comprimento da onda incidente ( ) dividido por 2,25 (L = /2,25); e a altura do dispositivo CAO (H1) é cerca de 2,25 vezes a altura da onda (H), H1 = 2,25H. Foi observado que ao alterar a relação entre os volumes de entrada e total do dispositivo CAO (VE/VT), a pressão aumenta e a vazão mássica não é influenciada pela variação dessa relação. Disso, conclui-se que, o que contribui na maximização da vazão mássica é a relação (H1/L). E a pressão é influenciada pela razão VE/VT. A potência é uma composição do gradiente de pressão e da vazão mássica.

This work comes to numerically simulate the inverter working principle of the type Oscillating Water Column (OWC), considering a regular wave at full scale. The objective is to evaluate the influence of the ratio between the input volume of the hydropneumatic chamber (VE) and the total volume of the chamber (VT) on the performance of a OWC type converter. Nine different values for VE /VT ratio are analyzed. Through Design Constructal analyzes the geometry leading to better performance in order to maximize the conversion of the energy of regular waves into electrical energy, the power being available, considered the objective function of the problem. . He studied the degree of freedom ratio between the height of the hydropneumatic chamber (H1) and the length of the chamber (L). The computational domain is represented by a wave tank, coupled with the OWC device. The FLUENT was used for the numerical solution of equations, based on the Finite Volume Method (MVF). The construction of geometry and meshing were performed in GAMBIT. In the interaction between the air and water phases was applied the method Volume of Fluid (VOF). The results suggest that OWC device performance is best when the input chamber length (L) is approximately the length of the incident wave () divided by 2.25 (L = / 2.25); and the height of the OWC device (H1) is about 2.25 times the wave height (H) H1 = 2.25H. It was observed that by changing the relationship between the input volumes and total OWC device (VE / VT), the pressure increases and the mass flow is not influenced by variation of this relationship. From this, it follows that, which helps in maximizing the mass flow rate is the ratio (H1/L). And the pressure is influenced by VE/VT. The power is a pressure gradient composition and mass flow.