Descripción y contextualización de la asignatura

La presente asignatura trata las principales aplicaciones de las ecuaciones fundamentales que rigen la Mecánica de Fluidos de fluidos newtonianos (Continuidad, Navier Stokes y ecuaciones de energía) a cuestiones clave de la aerodinámica específica de aplicaciones de ingeniería marina, tales como la caracterización de la capa límite o la generación de fuerzas de arrastre y sustentación. Se mostrará cómo estas ecuaciones pueden ser adaptadas y simplificadas para describir flujos laminares, turbulencia, y los flujos compresibles. Se presentarán soluciones apropiadas y técnicas para cada tipo de flujo. El objetivo es presentar los métodos de simulación de diferentes tipos de flujo para llevar a cabo simulaciones CFD fiables en aplicaciones marinas, incluyendo "los dispositivos de control de flujo de activos y pasivos", diseñados para mejorar el rendimiento de los aerogeneradores.

Los objetivos son:

proporcionar a los estudiantes los siguientes beneficios:

(1) Entender el concepto de la fluidodinámica y el concepto de modelización de fluidos

(2) La comprensión y la aplicación de las ecuaciones básicas de los fluidos

(3) La comprensión de la aerodinámica del rotor de turbinas de eje horizontal

(4) Capacidad para simular el flujo sobre diferentes geometrías con flujos internos/externos, incluyendo tanto laminar y regímenes turbulentos orientados a aplicaciones de ingeniería marina

(5) Capacidad para cooperar con los miembros del equipo

Resultados del aprendizaje de la asignatura

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Convocatoria ordinaria: orientaciones y renuncia

EVALUACIÓN CONTINUA:



La asignatura se evalúa atendiendo 2 apartados fundamentales:



1. Asistencia y participación en las clases expositivas: 30 - 70 %

2. Trabajos prácticos individuales y/o en grupo: 30 - 70 %



Para renunciar al sistema de evaluación continua, el estudiante lo debe solicitar por escrito a la Comisión Académica del máster, antes de una semana de la fecha oficial de la fecha establecida para el examen final de la asignatura. Dicho examen final se celebrará para el alumnado que ha renunciado al sistema de evaluación continua.



EVALUACIÓN FINAL:



En el caso de que se haya rechazado el sistema de evaluación continua por parte del alumnado, se celebrará una prueba final que podrá contener análisis de aspectos teóricos y/o resolución de casos prácticos de la misma orientación y dificultad que los resueltos en clase.



Para aprobar la asignatura es necesario obtener una calificación global de 5,0.

Convocatoria extraordinaria: orientaciones y renuncia

EVALUACIÓN FINAL:



En el caso de que no se haya superado con éxito la convocatoria ordinaria, se celebrará la convocatoria extraordinaria que podrá contener análisis de aspectos teóricos y/o resolución de casos prácticos de la misma orientación y dificultad que los resueltos en clase.



Para aprobar la asignatura es necesario obtener una calificación global de 5,0.

Temario

Tema 1 Teoría de la capa límite

a) Introducción, espesor de la CL, ecuaciones.

b) Capa limite laminar (aproximaciones de Blasius y Karman)

c) Inestabilidad y transición al régimen turbulento

d) Capa limite turbulenta (Teoría de Prandtl, gradiente de presión, Desprendimiento)



Tema 2 Análisis de las fuerzas de empuje y arrastre

a) Introducción: fuerzas sobre sólidos rígidos, análisis dimensional: coeficientes de arrastre y empuje CD y CL.

b) Arrastre: resistencia debida a los esfuerzos de cortadura y a la presión, efecto de forma, Numero de Reynolds y rugosidad,

c) Empuje: sistemas de generación de empuje, Teorema de Kutta Joukowski y el efecto Magnus, influencia del ángulo de ataque, uso de flaps, entrada en pérdidas de perfiles, efectos de la compresibilidad.



Tema 3 Límite de BETZ + Teoría del elemento de pala BEM + Aerodinámica del rotor

a) Introducción a la tecnología de turbinas de eje horizontal

b) Teoría del momento de pala 1-D para un aerogenerador ideal (Betz)

c) Fundamentos básicos del método de BEM

d) BEM aplicado a turbinas eólicas de eje horizontal



Tema 4 Dispositivos de control de flujo para turbinas de eje horizontal (HAWT Horizontal Axis Wind Turbines)



En esta sección se realizara una revisión extensa de los sistemas actives y pasivos de control de flujo que inicialmente fueron desarrollados la mayor parte de ellos para el campo aeronáutico pero que muchos de ellos hoy en día se utilizan para mejorar el comportamiento dinámico de turbinas eólicas de gran potencia

Bibliografía

Materiales de uso obligatorio

All the basic materials necessary for the course are available in eGela

Bibliografía básica

[1] Çengel, Y. A. Y Cimbala, J. M. Fluid Mechanics, Fundamentals and Applications, 2nd Ed., McGraw-Hill, 2009.



[2] White, F.M. Fluid Mechanics, 7th Ed., Ed. McGraw-Hill, 2010



[3] The European Wind Energy Association (EWEA). Wind in Power: European Statistics. February 2015.

http://www.ewea.org/fileadmin/files/library/publications/statistics/EWEA-Annual-Statistics-2014.pdf <br /><br /> <br /><br />[4] Poore, R., Lettenmaier, T. (2002) Alternative Design Study Report: WindPACT Advanced Wind Turbine Drive TrainDesigns Study. National Renewable Energy Laboratory. NREL/SR-500-33196. DOI: 10.2172/15004456 <br /><br /> <br /><br />[5] Wood, R.M. A Discussion of Aerodynamic Control Effectors (ACEs) for Unmanned Air Vehicles (UAVs), In AIAA¿s 1st <br /><br />Technical Conference and Workshop on Unmanned Aerospace Vehicle, Systems, Technologies, and Operations,Portsmouth, Virginia, number AIAA 2002-3494, May 2002. DOI: 10.2514/6.2002-3494 <br /><br /> <br /><br />[6] Wind Energy Journal. Online ISSN: 1099-1824. http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1002/%28ISSN%291099-1824 <br /><br />[7] Mohamed Gad-el-Hak. Flow Control: Passive, Active and Reactive Flow Management. Cambridge University Press 2000. ISBN-10 0-521-77006-8 <br /><br /> <br /><br />[8] Schlichting, H. and Gersten, K. , Boundary Layer Theory, 8th ed., Springer, 2000 <br /><br /> <br /><br />[9] Panton, R. L., Incompressible Flow, 3rd Edition, J. Wiley <br /><br /> <br /><br />[10] Wind Energy Explained: Theory, Design and Application, 2nd Edition James F. Manwell, Jon G. McGowan, Anthony L. Rogers ISBN: 978-0-470-01500-1 December 2009 <br /><br /> <br /><br />[11] Wind Turbines Fundamentals, Technologies, Application, Economics Hau, Erich Ed. Sprimger 2013 <br /><br />

Bibliografía de profundización

[12] Kundu, P. K. y Cohen, I. M. Fluid Mechanics, 5h Ed., Academic Press, 2011



[13] Shames, I. H. Mechanics of Fluids, 4th Ed., McGraw - Hill, 2002

Revistas

- Experimental Thermal and Fluid Science



- Experiments in Fluids



- Flow Measurement and Instrumentation



- Fluid Dynamics Research



- International Journal of Heat and Fluid Flow



- International Journal of Heat and Mass Transfer



- Journal of Fluid Mechanics



- Journal of Fluids Engineering



- Physics of fluids

Enlaces

ANSYS: http://www.ansys.com/



STAR-CD: http://www.cd-adapco.com/