Predicciones del Comportamiento Aeroelástico No-Estacionario y No-Lineal de Grandes Aerogeneradores de Eje Horizontal

Abstract

En este trabajo se analizan las capacidades y limitaciones del análisis numérico del comportamiento aeroelástico no-estacionario y no-lineal de grandes turbinas eólicas de eje horizontal utilizando un esquema particionado de interacción débil. El problema de interacción fluido-estructura se aborda a través de la combinación del método de red de vórtices no-estacionario y no-lineal (NLUVLM) y del método de elementos finitos (FEM).
El NLUVLM es capaz de incluir varios cuerpos, captando la interferencia aerodinámica entre ellos, permite analizar movimientos con grandes deformaciones y grandes ángulos de ataque y no está limitado a movimientos periódicos de pequeñas amplitudes o de una sola frecuencia. Como solo son discretizadas las superficies de los sólidos inmersos en el fluido y las estelas, el NLUVLM permite realizar análisis de gran generalidad con un costo computacional moderado.
El modelo estructural es un sistema multicuerpo formado por elementos finitos de vigas con deformaciones finitas y cuerpos rígidos. Se utiliza un modelo de material anisótropo, viscoelástico, lineal.
Esto permite incluir efectos de acople entre los diferentes comportamientos característicos de la viga (tracción/compresión, corte, flexión y torsión), habitualmente presentes en construcciones realizadas en materiales compuestos.
El esquema de interacción fue desarrollado específicamente para combinar los modelos citados. Se demuestra que el proceso de interacción conserva la energía total del sistema y las cantidades de movimiento lineal y angular. La integración en el tiempo se realiza con un esquema numérico explícito, lo cual provee un método para analizar comportamientos subcríticos, como así también críticos y supercríticos exclusivos de la dinámica no-lineal.