Simulación numérica de la interacción fluidodinámica entre cilindro y perfil aerodinámico en condiciones de flutter para diferentes frecuencias de vórtices de Von Kármán

Abstract

Los dispositivos de cosecha de energía eólica representan una alternativa viable para la obtención de energía y en particular, para la alimentación de pequeños dispositivos electrónicos de bajo consumo instalados en zonas sin acceso a la red eléctrica, tales como dispositivos de adquisición de datos o instrumentales de medición de variables climáticas. En trabajos previos, se analizó numéricamente mediante Ansys Fluent, la interacción entre un cilindro y un perfil aerodinámico inmersos en una corriente de aire, para una determinada frecuencia de desprendimientos del cilindro. El perfil aerodinámico poseía propiedades de masa e inercia ajustados para obtener la condición de flutter en la corriente de aire, y se encontraba vinculado a un marco de referencia fijo mediante resortes que cuantifican sus rigideces a flexión y a torsión. Mediante tal arreglo, se cuantificó la interacción aerodinámica a partir del análisis del coeficiente de potencia del perfil (potencia adimensional, extraída del aire), para diferentes longitudes de separación entre cilindro y perfil. En el presente trabajo, se han realizado simulaciones adicionales para obtener el coeficiente de potencia del perfil, para otras frecuencias de desprendimientos del cilindro, logrando caracterizar la influencia de la frecuencia de desprendimientos en la captación de energía del perfil. Los resultados son analizados y comparados cualitativamente con resultados encontrados en la bibliografía.

Wind energy harvesting devices represent a viable alternative for obtaining energy and powering small low-consumption electronic devices. In the last work presented at MECOM 2023 was numerically analyzed the interaction between cylinder and airfoil immersed in an airflow using Ansys Fluent. The airfoil had mass and inertia properties adjusted to obtain the flutter condition, and it was linked to a fixed reference frame by means of springs. It was sought to quantify the aerodynamic interaction from the analysis of the power coefficient of the airfoil (dimensionless power, extracted from the air), based on the separation between cylinder and airfoil. In the present work, additional simulations were carried out to quantify the influence of other vortex shedding frequencies in the power coefficient of the airfoil. The results are analyzed and compared with results found in the bibliography.