Simulação numérica de um dispositivo conversor de energia das ondas em energia elétrica do tipo OWC comparando o regime laminar com modelos de turbulência

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Santos, Andrei Luís Garcia
Orientador(a): Souza, Jeferson Avila, Santos, Elizaldo Domingues dos
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
OpenFOAM
Energia das Ondas
OWC
Modelos de Turbulência
Wave Energy
Turbulence Models
Link de acesso: https://repositorio.furg.br/handle/123456789/12911
Resumo: Dissertação (Mestrado)
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spelling Santos, Andrei Luís GarciaSouza, Jeferson AvilaSantos, Elizaldo Domingues dos2025-05-21T18:36:11Z2025-05-21T18:36:11Z2018SANTOS, Andrei Luís Garcia. Simulação numérica de um dispositivo conversor de energia das ondas em energia elétrica do tipo OWC comparando o regime laminar com modelos de turbulência. 2018. 86f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, 2018.https://repositorio.furg.br/handle/123456789/12911Dissertação (Mestrado)A transformação de energia das ondas em energia elétrica é um assunto bastante recorrente na comunidade científica, onde um número crescente de trabalhos tem envolvido de forma experimental e/ou numérica esse tópico em questão. O presente trabalho propõe o estudo numérico de um domínio que simula um dispositivo conversor de energia das ondas em energia elétrica do tipo OWC (Oscillating Water Column), comparando os resultados de um escoamento considerando o regime laminar e turbulento com diferentes abordagens numéricas para a turbulência. O princípio físico de conversão do OWC aproveita o movimento de uma coluna d’água que oscila dentro de uma câmara parcialmente submersa, gerando uma diferença de pressão e o movimento de entrada e saída de ar através de uma chaminé. Uma turbina instalada nesta chaminé converte a energia cinética do ar em energia elétrica. A simulação é feita através do método dos volumes finitos (MVF) utilizando o programa OpenFOAM, versão 2.4.0, de código aberto. Para resolução do problema, o software utiliza o solver InterFOAM que aplica a metodologia Volume of Fluid (VOF) para o escoamento bifásico de ar e água. O estudo visa analisar as diferenças obtidas nos resultados com o escoamento no regime laminar em comparação com o regime turbulento utilizando a abordagem RANS (Reynolds Average Navier Stokes) com os modelos k-ε, k-ω SST e Spalart-Allmaras e a abordagem LES (Large Eddy Simulation) com o modelo submalha dinâmico de Smagorinsky. Essa comparação visa avaliar a real necessidade da utilização dos modelos de turbulência nesse tipo de problema. Os parâmetros utilizados são baseados em um clima de ondas da costa sul do Brasil (L = 65,4 m, H = 1 m, h = 10 m, T = 7,5 s), modelado matematicamente com a teoria não linear de Stokes. É observado no presente trabalho que não há diferença nos resultados comparando o regime laminar com os modelos de turbulência RANS. Em contrapartida, o modelo LES apresentou diferenças significativas nos resultados o que configura a importância desse tipo de comparação realizada para posteriores análises em diferentes abordagens do tema.The wave energy conversion into electrical energy is a very common issue in the scientific community, where an increasing number of experimental and/or numerical works have addressed this topic. The present work proposes the numerical study of an OWC (Oscillating Water Column) energy converter device, comparing results of the laminar flow model with some turbulent regime models. This equipment converts wave’s energy from a water column that oscillates inside a chamber, generating a pressure difference and air flow (in and out) through the device's chimney. Air kinetic energy is converted into electric energy with a turbine installed in this chimney. Simulation is performed using the finite volume method (MFV) and OpenFOAM, version 2.4.0, open source software. To solve the problem, the software uses the InterFOAM solver which applies the Volume of Fluid (VOF) methodology for the two-phase flow of air and water. The study aims to analyze the differences obtained in results with laminar flow in comparison to the turbulent regime using RANS (Reynolds Average Navier Stokes) approach with k-ε, k-ω and Spalart – Allmaras models and LES (Large Eddy Simulation) Smagorinsky’s dynamic submesh model. This comparison aims to evaluate the real needed turbulence models implementation in this type of problem. The parameters used are based on a wave climate from the south coast of Brazil (L = 65.4 m, H = 1 m, h = 10m, T = 7.5s), mathematically modeled with Stokes' nonlinear theory. It’s observed in this work that is no result’s difference comparing the laminar flow with RANS turbulence models. On the other hand, the LES model presented significant differences, which constitutes the importance of this comparison type performed for later studies in different approaches.porOpenFOAMEnergia das OndasOWCModelos de TurbulênciaWave EnergyTurbulence ModelsSimulação numérica de um dispositivo conversor de energia das ondas em energia elétrica do tipo OWC comparando o regime laminar com modelos de turbulênciainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da FURG (RI FURG)instname:Universidade Federal do Rio Grande (FURG)instacron:FURGORIGINALandrei luis.pdfandrei luis.pdfDissertação (Mestrado)application/pdf1757223https://repositorio.furg.br/bitstreams/b3106714-861f-41e0-b863-14244e604642/downloadb46586e93846c37187aef2e7cc2e4fc0MD51trueAnonymousREADLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.furg.br/bitstreams/89ce7f3b-fa88-4fc1-94ce-284e8673d164/download8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52falseAnonymousREADTEXTandrei luis.pdf.txtandrei luis.pdf.txtExtracted texttext/plain105449https://repositorio.furg.br/bitstreams/13f7132c-3a9d-4d19-ac01-f126c2d9e766/download05342bf2c3cbd003789c136ecadfd843MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILandrei luis.pdf.jpgandrei luis.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg2873https://repositorio.furg.br/bitstreams/8d9b659e-4522-444a-afc0-d9ccd64cca37/download208a49e04bd881ab85ba99945121c152MD54falseAnonymousREAD123456789/129112025-12-10 02:15:34.894open.accessoai:repositorio.furg.br:123456789/12911https://repositorio.furg.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.furg.br/oai/request || http://200.19.254.174/oai/requestrepositorio@furg.br||sib.bdtd@furg.bropendoar:2025-12-10T05:15:34Repositório Institucional da FURG (RI FURG) - Universidade Federal do Rio Grande (FURG)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