Misure di forze fluidodinamiche su un dispositivo di Energy Harvesting RELATORI:PROF. ING. A. BOTTARO CORRELATORE:DOTT. G. BOCCALERO PROF. DOTT. C. BORAGNO CANDIDATO:TRAVAGLINI LUCA Università degli Studi di Genova Scuola Politecnica

Energy Harvesting E’ il processo secondo il quale l’energia proveniente da fonti esterne è catturata e accumulata in piccole quantità per l’alimentazione di dispositivi elettronici dalle ridotte richieste energetiche. Esempio di Energy Harvesting su corpo umano attraverso l’uso di trasduttori piezoelettrici, posti nello zaino, in grado di convertire la sollecitazione meccanica alternata, generata dai passi

FLEHAP FLEHAP è l’acronimo di Fluttering Energy Harvester for Autonomous Powering e appartiene alla famiglia dei dispositivi VIV (Vortex Induced Vibration). Sfrutta l’interazione fluido-struttura per compiere oscillazioni anche di grande ampiezza. FLEHAP a regime.

Com’è fatto FLEHAP Telaio avente 4 colonne. 2 Elastomeri. Asse metallico. Ala (foil). Pivot point e Trailing Edge. Modello senza estrazione energetica.

Setup Sperimentale Le misurazioni sono state svolte in galleria del vento con quattro velocità del vento: 3,5 – 4,0 – 4,5 – 5,0 m/s La cella rappresenta un vincolo di incastro e misura le reazioni vincolari della struttura superiore. La camera permette l’acquisizione tramite video dei moti. Disposizione materiale all’interno della camera di prova della galleria del vento.

Traiettorie Ampiezza e Frequenza La posizione del Trailing Edge è ricavata dall’acquisizione video dei moti e si può tracciare l’andamento delle traiettorie. Frequenza e ampiezza sono calcolate anch’esse dai moti. La variazione di forma della traiettoria, unita all’andamento discontinuo di frequenza e ampiezza, evidenzia il comportamento di transizione.

Forze La forza fluidodinamica è ottenuta a seguito di opportune elaborazioni a partire da quella totale. L’andamento delle forze dipende fortemente dalla presenza di vortici, che dipendono dal comportamento di Pitching e Plunging.

Pitching & Plunging Andamento di Pitching (in alto a sinistra) e Plunging (in alto a destra), per le diverse velocità del vento. Andamento del Pitching rispetto al Plunging, nel tratto pre-transizione (basso a sinistra) e post-transizione (basso a destra).

Lift in funzione di Pitching & Plunging Sopra, andamento del Lift rispetto al Plunging. Il passaggio alla post-transizione determina un’apertura del ciclo, anche se rimangono in fase i massimi sia prima sia dopo. Sotto, andamento del Lift rispetto al Pitching. Il cambiamento di fase di Pitching modifica pesantemente il legame tra Lift e angolo.

Angolo Efficace E’ l’angolo statico equivalente che meglio rappresenta il comportamento dinamico del dispositivo. E’ sempre minore rispetto a quello dinamico nella prima metà del ciclo mentre è superiore nella seconda metà.

Lift e Angolo Efficace nel Pre-Transizione L’apertura nel tratto inferiore è causata da una scorretta derivazione in MATLAB. L’andamento dovrebbe essere lo stesso del tratto superiore.

Lift e Angolo Efficace nel Pre-Transizione Stallo dinamico.

Lift e Angolo Efficace nel Pre-Transizione Stallo dinamico.

Lift e Angolo Efficace nel Pre-Transizione Stallo dinamico.

Lift e Angolo Efficace nel Pre-Transizione Stallo dinamico.

Lift e Angolo Efficace nel Pre-Transizione Stallo dinamico.

Lift e Angolo Efficace nel Pre-Transizione Effetto di massa aggiunta e vortice secondario in fase di discesa.

Lift e Angolo Efficace nel Pre-Transizione

Lift e Angolo Efficace nel Post- Transizione DEL TESTO

Lift e Angolo Efficace nel Post- Transizione

Drag Il Drag è contraddistinto da comportamento variabile e apparentemente casuale. Non è stato possibile valutare il suo andamento. Questo è stato causato da una estrema sensibilità sperimentale di misura. Infatti, un piccolo errore nell’acquisizione della posizione del Pivot Point rispetto all’asse x causa discrete differenze.

Drag Presenta delle ampie zone negative, denominate di Thrust, ossia a Drag negativo, come molti altri dispositivi ad ala battente.

Conclusioni ed Osservazioni L’analisi delle forze ha restituito risultati positivi, soprattutto per quanto riguarda l’analisi delle cause che le inducono. La forza di Lift ha evidenziato alcuni comportamenti che contraddistinguono le ali battenti, come il concetto di massa aggiunta o stallo dinamico. La forza di Drag non ha fornito risultati elaborabili, a causa della sensibilità sperimentale che la contraddistingue, anche se presenta molti spunti di approfondimento. Si ritiene necessaria un’analisi più approfondita delle cause che regolano il passaggio della transizione, sia in galleria del vento sia con simulazione modellistica, unita ad un eventuale valutazione delle potenze istantanee scambiate, per facilitare la ricerca di una eventuale condizione di ottimo per l’estrazione energetica.

GRAZIE DELL’ ATTENZIONE.