A systematic methodology to generate an efficient CFD grid for URANS simulations of large-scale offshore wind turbines

Durante as últimas décadas, as turbinas eólicas offshore evoluíram para uma importante tecnologia para produzir eletricidade em todo o mundo. Isso se deve a um aumento dramático no tamanho das turbinas eólicas offshore, que atingiram a potência nominal de 15 MW com diâmetros de rotor de mais de 200m. Essa evolução obrigou os projetistas a desenvolver códigos de simulação dinâmica capazes de modelar a resposta aeroelástica dessas estruturas sob diversas condições de carga. A previsão correta das respostas aeroelásticas depende de uma estimativa confiável das cargas aerodinâmicas. A este respeito, os solvers de dinâmica computacional de fluidos (CFD) baseados em equações transientes ​​de Navier-Stokes (URANS) com média de Reynolds fornecem uma ferramenta econômica para esse propósito. No entanto, um desafio importante em relação ao uso de simulações CFD baseadas em URANS é a escolha de uma malha com resolução adequada, que proporcione um equilíbrio razoável entre custo computacional e precisão. Assim, este trabalho visa apresentar uma metodologia sistemática para a geração de uma malha CFD, que produz um bom equilíbrio entre precisão e custo para simulações URANS de modernas turbinas eólicas offshore de grande porte. As simulações são realizadas dentro do código comercial de volumes finitos STAR-CCM+ usando uma configuração upwind da turbina eólica NREL fase VI regulada por estol de duas pás para ângulo de yaw do rotor zero e velocidade do vento de 10 m/s correspondente à condição de estol de esta turbina eólica específica.