Analisi Fluidodinamica E Strutturale Di Un Aerogeneratore Ad Asse Verticale

The present dissertation was born from the collaboration with GEATECNO S.r.l. company and deals with in the structural and fluid dynamic analysis of a vertical axis wind turbine called VBine, which is actually a microturbine. This rotor has shown structural problems. The aim is to evaluate the possible causes of these failures and propose possible solutions. Firstly, the turbine has been characterized, in terms of performance, by means of the computational fluid dynamics (CFD). The CFD simulations were carried out by means of the CFD code Ansys Fluent. Unsteady simulations were performed, at constant rotating speed, however changing the wind speed in order to modify the tip speed ratio. In particular, this study has been performed on a two-dimensional geometry. Once the turbine was characterized, on a fluid dynamic point of view, the structural analysis has been carried out. In the first place, a three-dimensional simplified model of the turbine is developed and loaded with the loads evaluated in the previous step. In the most critical condition, a finite element simulation (FEM) was run in order to identify the most stressed point of the structure. Once the load conditions were analysed, a structural solution has been provided in order to avoid the failure of the aerogenerator itself.

Il presente lavoro di tesi è nato dalla collaborazione con la società GEATECNO S.r.l. e consiste nello studio fluidodinamico e strutturale di una turbina eolica ad asse verticale chiamata VBine, turbina appartenente al settore del microeolico. Questo rotore ha mostrato problemi di tipo strutturale. L'obiettivo è stato quello di valutare le possibili cause di rottura e di proporre possibili soluzioni a tale problema. In primo luogo si è proceduto alla caratterizzazione delle prestazioni mediante la fluidodinamica computazionale (CFD). Le simulazioni CFD sono state effettuate con il codice CFD Ansys Fluent. Sono state svolte simulazioni non stazionarie a velocità di rotazione costante ma a diverse velocità del vento per modificare λ. In particolare, tale studio è stato effettuato su una geometria bidimensionale. Una volta caratterizzata la macchina dal punto di vista fluidodinamico, è stata effettuata l'analisi strutturale. Innanzitutto è stato riprodotto un modello semplificato tridimensionale della turbina tramite CAD e lo si è sottoposto ai carichi valutati nella fase precedente. Nelle condizioni più critiche, si è effettuata una simulazione agli elementi finiti (FEM) caricando il modello per individuare il punto più sollecitato della struttura. Analizzando le condizioni di carico è stato possibile fornire una soluzione strutturale in grado di ridurre drasticamente i rischi di rottura.