Development of a viscous/Inviscid Hydrodynammics Model for Single Turbines and Arrays

A computational model for the hydrodynamic analysis of current turbines is presented. The methodology integrates a Boundary Integral Equation Model (BIEM) for inviscid flows and a Navier-Stokes solver to obtain a computationally efficient tool for the analysis of single turbine performance and wakes as well as turbine-turbine interaction in tidal arrays. The resulting hybrid viscous/inviscid formulation generalizes standard actuator disc models and is valid under arbitrary unsteady, non-uniform onset flow conditions. A simple viscous-flow correction model is combined with BIEM to account for the effects of separation and stall on blade loads. Numerical applications address single turbine performance by BIEM, single turbine wakefield analysis by hybrid RANS/BIEM and turbine-turbine interaction by hybrid RANS/BIEM. Numerical results are validated against experimental data.

Viene presentato un modellol computazionale per l'analisi idrodinamica. La metodologia integra un modello agli elelmnti di contorno (BIEM) per flussi non viscosi ed un solutore di tipo Navier-Stokes in uno strumento numericamente efficiente per l'analisi delle prestazioni e della scia di turbine isolate cosi' come l'interazione tra turbine di un parco marino. La formulazione risultante ibrida viscosa/non viscosa estende i modelli standard di tipo disco attuatore ed è valido per flussi arbitrari non stazionari, in condizioni di flusso incidente non uniforme. Un semplice modello di correzione viscosa è considerato nel BIEM per pertare in conto gli effetti della separazione e dello stallo sui carichi palari. Nelle applicazioni numeriche vengono stimate le prestazioni delle turbine isolate con il BIEM, analizzate le scie di turbine isolate con l'ibrido RANS/BIEM e l'interazione tra turbine con il momdello ibrido RANS/BIEM. I risultati numerici sono validati mediante confronto con dati sperimentali.