Analisi di microscala della risorsa eolica: dall’approccio sperimentale alla modellazione numerica

The study of the environmental flows can be made directly using instrumented towers or special systems; however, in most cases this approach is unfeasible or extremely expensive. The aim of this work is to evaluate the potential of the wind tunnel tests and the numerical modeling, which represent the alternative solutions to in-situ measurements of environmental flows. In this work the experimental approch was conducted inside the environmental wind tunnel of the Università Politecnica delle Marche; the test chamber is 9 m long and so there is not enough length to naturally recreate a fully developed environmental boundary layer at the end of the test section. In order to simulate the Atmospheric Boundary Layer (ABL), special devices as a fetch of roughness elements, Counihan elliptic wedge generators and a castellated barrier wall are used. The reliability of the ABL simulaton has been verified with anemometer measurements. The pressure taps around the EWG surface help to scan its interaction with the flow in different configurations to highlight the effect of a barrier with simple o castellated profile. Finally the PIV investigation on the back of EWG describes the flow in the first centimeters downstream to analize carefully as ABL turbulence was reproduced. The performance of several Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) turbulence models have been also evaluated with several CFD codes on 2D and 3D environmental test cases. The obtained results highlights the extreme sensitivity on turbulence parametrization. Lastly a district of Ancona, characterized by a complex terrain topography, was chosen as a case study. Experimental measurements in the wind tunnel on the scale model and numerical simulations have shown the interaction of the wind both with the terrain topography and with the built environment. This interaction modifies substantially the flow field respect to the mesoscale flow. The comparison between numerical and experimental results shows the importance of the scale parameters.

Lo studio dei flussi ambientali può essere effettuato direttamente con l’utilizzo di torri strumentate o di particolari sonde, tuttavia questo approccio risulta nella maggior parte dei casi irrealizzabile o comunque eccessivamente costoso. L’obiettivo del lavoro è valutare le potenzialità dell’approccio sperimentale in galleria del vento e della modellazione numerica, che rappresentano le soluzioni alternative alla misura in-situ dei flussi ambientali. L’approccio sperimentale è stato condotto nella galleria del vento ambientale dell’Università Politecnica delle Marche; la camera di prova lunga 9 m, non permette il naturale sviluppo dello strato limite e necessita di sistemi particolari per la simulazione dello strato limite atmosferico o Atmospheric Boundary Layer (ABL). Le misure anemometriche hanno permesso di valutare l’efficienza della configurazione composta da una fetch di elementi di rugosità, tre generatori di turbolenza di Counihan ed una barriera trapezoidale. Le analisi di pressione e l’indagine PIV hanno evidenziato le qualità aerodinamiche dei generatori di Counihan che li rendono particolarmente adatti per la generazione del corretto profilo di turbolenza e hanno evidenziato l’efficacia della barriera con le appendici trapezoidali. Le prestazione di differenti modelli di turbolenza Reynolds Averaged Navier- Stokes (RANS) sono state valutate attraverso diversi codici CFD su test cases ambientali sia 3D che 2D. I risultati ottenuti hanno messo in luce l’estrema sensibilità rispetto alla parametrizzazione della turbolenza. Infine come caso applicativo è stato scelto un quartiere di Ancona caratterizzato da una complessa orografia del terreno. Misure sperimentali in galleria del vento sul modello in scala e simulazioni numeriche hanno mostrato l’interazione del vento sia con l’orografia del terreno sia con l’ambiente costruito, che modifica in maniera sostanziale il flusso rispetto a quello calcolato nelle preliminari analisi di mesoscala. Dal confronto dei risultati numerici e sperimentali si evidenzia la stretta dipendenza rispetto ai parametri di scala.