Generación y control de turbulencias en un túnel de viento

Abstract

In this thesis, the generation and control turbulence in a wind tunnel, for design, analysis and testing of wind turbines is proposed. The designed wind turbines will be focused for domestic use. Essential fluid mechanics concepts are exposed in order to design the wind tunnel, i.e. the Bernoulli equation, the type of flow (laminar and turbulent), and the Reynolds number are mentioned in order to understand the generation of turbulent flows. These concepts are applied to the design of the tunnel. Modifications to the wind tunnel are made in order to generate the turbulences in the test chamber. Specifically, for the turbulence analysis, the reflective symmetry concept is used to group the different turbulences cases. The ANSYS software is used in order to modeling and analyzing the wind tunnel. Specific platform or module known as Fluent is used for the analysis of the turbulence generated in the wind tunnel. To improve the simulation time, the parallel processing is used in the Fluent module. A design proposal of a wind tunnel capable to generate and controlling turbulences is exposed in this thesis. For this, the controller design and verification is performed by means of simulations. The concept of co-simulation is used by the Simplorer module, with the aim of combining the part of the power electronics, controller and motor, with the proposed model wind tunnel.

En esta tesis se presenta la propuesta del diseño de un túnel de viento, el cual permite la generación y control de turbulencias, dentro de su cámara de pruebas para fines de diseño, análisis y experimentación de turbinas eólicas para uso doméstico. Se exponen conceptos de la mecánica de fluidos, los cuales son necesarios para realizar el diseño del túnel de viento. En específico, la Ecuación de Bernoulli, el tipo de flujo (laminar y turbulento), así como el número de Reynolds, son mencionados con el fin de comprender la generación de flujos turbulentos. Dichos conceptos son aplicados al diseño del túnel viento. Se presentan las modificaciones al diseño del túnel de viento para la generación de turbulencias en la cámara de pruebas, y el análisis de las turbulencias se agrupa en casos de acuerdo al concepto de simetría reflectiva. El modelado y análisis del túnel es realizado en el programa computacional de la dinámica de fluidos CFD incluido en el programa computacional ANSYS. En específico la plataforma o módulo conocido como Fluent es utilizada para realizar el análisis de las turbulencias generadas en el túnel de viento. Para realizar los cálculos en el módulo de Fluent se utiliza el procesamiento en paralelo con el fin de mejorar el tiempo de simulación. Se muestra en la presente tesis una propuesta del diseño de un túnel de viento con generación y control de turbulencias. Para lo anterior, se realiza el diseño del controlador, así como su verificación por medio de simulaciones. El concepto de co-simulación es utilizado por medio del módulo Simplorer, con el objetivo de conjuntar la parte de la electrónica de potencia, el controlador y el motor, con el modelo del túnel de viento propuesto.