Abstract:
A dissertação apresenta um estudo numérico bidimensional sobre a influência de um anteparo triangular em um dispositivo conversor de energia das ondas do mar em energia elétrica do tipo Coluna de Água Oscilante. O objetivo desta pesquisa é avaliar, numericamente e geometricamente, o efeito da utilização de um anteparo triangular em relação à parede frontal do dispositivo na potência hidropneumática disponível. O domínio computacional consiste em um canal de ondas com um dispositivo CAO onshore. Para a análise geométrica foi aplicado o Método Design Construtal associado à técnica de busca exaustiva. O problema apresenta uma restrição geométrica: a área do anteparo (A2) e dois graus de liberdade: H2/L2 (razão da altura e comprimento do anteparo) e L4 (distância do anteparo em relação à parede frontal). Nas simulações numéricas, as equações de conservação de massa, quantidade de movimento e uma equação para o transporte de fração volumétrica são resolvidas através do Método Volumes Finitos (MVF). O modelo multifásico Volume of Fluid (VOF) é aplicado para a interação ar-água. Esse estudo foi dividido em duas etapas. Na primeira fase foi considerado L4 = 0 m (distância 0 entre o anteparo triangular e a parede frontal). Com isso, observou-se que a geometria do dispositivo CAO que propiciou a maior potência hidropneumática disponível foi a geometria de razão H2/L2 = 0,025, enquanto H2/L2 = 0,2 foi a menor. Os resultados mostraram um decrescimento de 106% do melhor para o pior caso na potência hidropneumática disponível no dispositivo CAO. Essa diferença ocorreu devido à variação do grau de liberdade H2/L2. Assim, foi possível concluir que o aumento da razão H2/L2 resultou na diminuição da média Root Mean Square (RMS) da potência hidropneumática disponível do dispositivo CAO. Além disso, teve um decrescimento de 15% quando comparado com o caso do dispositivo sem o anteparo. Já na segunda etapa foi analisado 6 diferentes valores para L4. Dessa forma, pode-se observar que a melhor configuração foi dada por L4 = 6 m e H2/L2 = 0,025 e a pior L4 = 1 m e H2/L2 = 0,2, onde a diferença entre eles também chegou a atingir 106%. A partir disso, concluiu-se que tanto L4, quanto H2/L2 tiveram influência sobre a potência hidropneumática disponível. Aliás, a condição ótima encontrada teve uma diferença positiva de 8% quando comparada com a melhor configuração encontrada para L4 = 0 m. Contudo, teve um decrescimento de 3% quando comparado com o caso sem o anteparo triangular.
The dissertation presents a two-dimensional numerical study on the influence of a ramp in a device that converts energy from sea waves into electrical energy of the Oscillating Water Column (OWC) type. The objective of this research is to evaluate, numerically and geometrically, the effect of using a ramp in relation to the front wall of the device on the available hydropneumatic power. The computational domain consists of a wave channel with an onshore OWC device. For the geometric analysis, the Constructal Design Method associated with the exhaustive search technique was applied. The problem has a geometric restriction: the area of the ramp (A2) and two degrees of freedom: H2/L2
(ratio of the height and length of the ramp) and L4 (distance of the ramp in relation to the front wall). In numerical simulations, the equations for the conservation of mass, momentum and an equation for the transport of a volume fraction are solved using the Finite Volumes Method (FVM). The multiphase Volume of Fluid (VOF) model is applied to the air-water interaction. This study was divided into two stages. In the first stage, L4 = 0 m (distance 0 between the ramp and the front wall) was considered. Thus, the geometry of the OWC device that provided the better hydropneumatic power available was the ratio H2/L2 = 0.025, while H2/L2 = 0.2 was the worse. The results showed a 106% better-to-worse-case decrease in hydropneumatic power available in the OWC device. This difference was due to the variation in the degree of freedom H2/L2. Thus, the increase in the H2/L2 ratio resulted in a decrease in the Root Mean Square (RMS) mean of the available hydropneumatic
power of the OWC device. Furthermore, comparing the better case with the device without the ramp was found a 15% decrease. In the second stage, 6 different values for L4 were analyzed. The better configuration was given by L4 = 6 m and H2/L2 = 0.025 and the worse was L4 = 1 m and H2/L2 = 0.2, where the difference between them also reached 106%. From this, L4 and H2/L2 had an influence on the available hydropneumatic power. In fact, the optimal condition found had a positive difference of 8% when compared to the better configuration found for L4 = 0 m. However, when compared the optimal condition with the case without the ramp was found a decrease of 3%.
