Modelagem multifísica de uma unidade geradora hidroelétrica

Sicchieri, Leonardo Campanine

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ORCID:	http://orcid.org/0000-0002-3795-0128
Document type:	Tese
Access type:	Acesso Aberto
Title:	Modelagem multifísica de uma unidade geradora hidroelétrica
Alternate title (s):	Multiphysics modeling of a hydroelectric generating unit
Author:	Sicchieri, Leonardo Campanine
First Advisor:	Cavallini Junior, Aldemir Aparecido
First member of the Committee:	Santos, Ilmar Ferreira
Second member of the Committee:	Daniel, Gregory Bregion
Third member of the Committee:	Guimarães, Thiago Augusto Machado
Fourth member of the Committee:	Gonçalves, Rógerio Sales
Summary:	Este trabalho é dedicado ao desenvolvimento de um modelo multifísico de uma unidade geradora (UG) hidroelétrica, no qual o eixo é representado por elementos finitos, considerando uma viga de Timoshenko com seis graus de liberdade por nó. Os mancais hidrodinâmicos são modelados por meio da solução da equação de Reynolds e da equação de energia, utilizando o método dos volumes finitos. As forças eletromagnéticas que agem no gerador são determinadas por meio de simulações em elementos finitos, resolvendo as equações de Maxwell. Para representar as forças hidráulicas atuantes na turbina, são utilizados os resultados de simulações em CFD (Dinâmica dos Fluidos Computacional), que empregam o método das fronteiras imersas em conjunto com a Simulação de Grandes Escalas. Na montagem do modelo multifísico completo, com o intuito de reduzir o custo computacional e permitir a simulação de diversas condições de operação, optou-se por representar as forças de sustentação dos mancais hidrodinâmicos e as forças eletromagnéticas do gerador por meio de metamodelos Kriging. O modelo multifísico é ajustado para representar a UG de Foz do Chapecó, onde, ao comparar as amplitudes de vibração medidas na UG com os resultados numéricos, observa-se uma boa similaridade entre eles, com erros inferiores a 7%.
Abstract:	This work is dedicated to the development of a multiphysics model of a hydroelectric generating unit (GU), in which the shaft is represented by finite elements considering a Timoshenko beam with six degrees of freedom per node. The hydrodynamic bearings are modeled by solving the Reynolds equation and the energy equation using the finite volume method. The electromagnetic forces acting on the generator are determined through finite element simulations, solving Maxwell's equations. To represent the hydraulic forces acting on the turbine, results from CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations are used, employing the immersed boundary method in conjunction with Large Eddy Simulation. In assembling the complete multiphysics model, with the aim of reducing computational costs and allowing the simulation of various operating conditions, it is opted to represent the supporting forces of the hydrodynamic bearings and the electromagnetic forces of the generator through Kriging surrogates. The multiphysics model is adjusted to represent the generating unit (GU) of Foz do Chapecó, where, upon comparing the vibration amplitudes measured in the GU with the numerical results, a good similarity is observed between them, with errors less than 7%.
Keywords:	Modelo multifísico Multiphysics model Unidade geradora hidroelétrica Hydroelectric generating unit Metamodelos Kriging Kriging surrogates
Area (s) of CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
Subject:	Engenharia Mecânica Usinas hidrelétricas Modelos matemáticos
Language:	por
Country:	Brasil
Publisher:	Universidade Federal de Uberlândia
Program:	Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote:	SICCHIERI, Leonardo Campanine. Modelagem multifísica de uma unidade geradora hidroelétrica. 2024. 132 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.503.
Document identifier:	http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.503
URI:	https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/42037
Date of defense:	8-Jul-2024
Sustainable Development Goals SDGs:	ODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos. ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:	TESE - Engenharia Mecânica

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