Development of an open source environment for the aero-structural optimization of wind turbines

Nella tesi è presentato un ambiente avanzato per l'ottimizzazione delle turbine eoliche sia ad asse orizzontale che verticale. Le variabili di design sono rappresentate da diversi parametri geometrici mentre le funzioni obiettivo implementate permettono di eseguire un’analisi multidisciplinare considerando gli aspetti strutturali, aerodinamici e l'impatto del design sul costo complessivo. Allo scopo di aumentare le prestazioni delle turbine considerate, i profili aerodinamici possono essere parametrizzati in diversi modi. Diverse funzioni appositamente sviluppate e tools open source sono stati integrati nell'ambiente di ottimizzazione, basato su DAKOTA. Un codice BEM valuta le prestazioni aerodinamiche dei modelli ad asse orizzontale e può essere accoppiato sia con codici FEM, sia con funzioni allo scopo di valutare il costo dell’energia. Il codice CFD open source OpenFOAM è stato incluso, come modulo, nell’ambiente: un analisi CFD può essere eseguita in un modo completamente automatico dalla definizione della geometria, generazione della mesh, fase di risoluzione numerica all’analisi dei risultati. L’ambiente di ottimizzazione proposto ha dimostrato di poter migliorare le prestazioni di entrambi i modelli di turbina eolica considerati, in termini di obiettivi strutturali, aerodinamici e di costo.