SIMULAZIONI DELL'EFFETTO DELLE ONDE SU TURBINE EOLICHE OFF-SHORE

This thesis is focused on the study of the interaction between sea-waves and the atmospheric boundary layer. This is necessary to predict the impact of the sea-wind interactions on offshore wind turbines both in terms of power production and loads on the blades. In this study, sea waves are simulated as moving sinusoidal waves. Large Eddy Simulations (LES) are performed with different values of the ratio between wave speed (Uwave) and free-stream velocity (Ufreestream). The sinusoidal waves are reproduced in the LES with the Immersed Boundary Method (IBM). In the first set of LES the wind turbine is not considered. These simulations are used as precursors for the second set of LES, in which a wind turbine is included. The rotor blades are modelled using the Actuator Line Method (ALM), whereas the IMB is employed for tower and nacelle. For the precursors the attention is focused on the effect of the wind-sea waves interaction, investigating the trend of the drag, the exponential shear exponent, the turbulence intensity and the fluctuations of wind speed. The goal of the second set of LES is to understand the implications of different conditions on the wind turbine, in terms of power produced by wind turbine, variations of rotor speed and loads on the blades.

Questa tesi si focalizza sullo studio dell'interazione tra onde e il boundary layer atmosferico. È necessario predire l'impatto delle interazione tra mare e vento sulle turbine eoliche offshore sia in termini di produzione di potenza che di carichi sulle pale. In questo studio, le onde marine sono rappresentate come onde sinusoidali mobili. Sono svolte Large Eddy Simulations (LES) con differente valori del rapporto tra la velocità dell'onda (Uwave) e quella free-stream (Ufreestream). Le onde sinusoidali sono riprodotte nelle LES con il metodo Immersed Boundary (IBM). Nel primo set di LES la turbina non è considerata. Queste simulazioni sono usate come precursori per il secondo set di LES, in cui la turbina eoliche è inclusa. Le pale del rotore sono modellate usando il metodo Acturator Line (ALM), invece l'IMB è utilizzato per la torre e la navicella. Circa i precursori l'attenzione è rivolta all'effetto dell'interazione tra vento e mare, investigando il trend del drag, dello shear exponent, l'intensità turbolenta e le fluttuazione della velocità del vento. L'obiettivo del secondo set di LES è capire l'implicazione di differenti condizioni sulla turbina eolica, in termini di potenza prodotta dalla turbina, variazione della velocità del rotore e carichi sulle pale.