Caracterización del comportamiento aeroacústico de perfiles de turbinas eólicas en flujo turbulento

Abstract

En esta tesis se ha desarrollado una herramienta capaz de predecir el ruido proveniente de perfiles de turbinas eólicas debido a la interacción de la turbulencia con el borde de salida. Para ello se ha utilizado una metodología numérica basada en una aproximación híbrida de la Aeroacústica, consistente en la separación del problema en dos partes, una aerodinámica y otra aeroacústica. Primeramente se ha resuelto el campo de flujo 3D alrededor del perfil a través de técnicas CFD empleando esquemas de turbulencia LES. Una vez resuelto el campo aerodinámico se ha calculado la propagación del ruido al campo lejano, mediante modelos acústicos (Ffowcs Williams y Hall y Curle) basados en resoluciones integrales de los términos fuente obtenidos en las simulaciones. Las simulaciones se han llevado a cabo para cuatro ángulos de ataque diferentes y para un número de Reynolds del flujo bajo. Además, tanto los resultados aerodinámicos como los aeroacústicos han sido validados mediante ensayos experimentales realizados con técnicas de anemometría térmica y micrófonos capacitivos. Una vez finalizado todo el procedimiento se dispone así de una herramienta capaz de predecir el ruido en campo lejano generado por un perfil típico de turbina eólica de baja potencia, lo que permite comparar diferentes geometrías de diseño con el fin de reducir las emisiones de ruido. RESUMEN (en Inglés) In this thesis, a useful tool to predict the noise from a wind turbine airfoil due to the turbulent interaction with the trailing edge has been developed. This methodology is performed through a numeric methodology based on a computational aeroacoustic hybrid approach, i.e., separation of the problem in an aerodynamic and aeroacoustic part. First, the flow field around the airfoil is resolved by CFD techniques, in particular via turbulent LES schemes. Once the aerodynamic field is resolved, the propagation of the sound to the far field is calculated by acoustic models (Ffowcs Williams and Hall and Curle) based on integral resolutions of the source terms obtained from simulations. The simulation has been run for four angles of attack and a low flow Reynolds number. Additionally, both aerodynamic and acoustic parts were validated with experimental measurements such as hot wire anemometry and capacitive microphones. Once the whole procedure has been finished, an efficient tool to predict the far field noise for wind turbine airfoils is now available and thus, different design geometries can be compared to avoid prospective problems related to wind turbine noise emission