• actuator line model (ALM)
• Darrieus
• OpenFOAM.
• vertical axis wind turbines (VAWTs)
• wind energy

Questa tesi indaga le prestazioni e la dinamica delle scie di turbine eoliche ad asse verticale (VAWTs) di tipo Darrieus, con particolare attenzione all’utilizzo di coppie di VAWTs controrotanti disposte a distanza ravvicinata. L’obiettivo è individuare una configurazione ottimale di una coppia di turbine di elevata potenza destinate ad impianti eolici off-shore, ambito in cui le VAWTs offrono vari vantaggi rispetto alle HAWTs.
Attraverso una doppia validazione del modello, le misurazioni sperimentali relative a una turbina in scala 1:6 e i risultati delle simulazioni CFD-2D con le pale sono confrontati con quelli ottenuti da simulazioni CFD-3D basate sul modello Actuator Line (ALM) combinato con le equazioni uRANS (unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes). Il confronto mira a validare il modello per quella specifica solidità della turbina, parametro che sarà mantenuto anche per le turbine ad alta potenza.
Lo stesso approccio numerico è utilizzato per l’analisi della coppia di turbine controrotanti disposte side-by-side, considerando cinque configurazioni di aspect ratio, due distanze interassiali e la possibilità di cambiare verso di rotazione da inner downwind a inner upwind. In questa fase, le turbine simulate sono in scala reale e immerse in un boundary layer.
I risultati confermano l’utilità pratica del software OpenFOAM per ridurre i tempi di calcolo nelle simulazioni CFD-3D di sistemi complessi, evidenziandone il potenziale per applicazioni ingegneristiche reali.

This thesis investigates the performance and wake dynamics of Darrieus-type Vertical Axis Wind Turbines (VAWTs), with particular emphasis on the use of closely spaced, counter-rotating VAWT pairs. The aim is to identify an optimal configuration for a high power turbine pair intended for offshore wind farms, an area where VAWTs offer several advantages over HAWTs.
Through a dual model validation, experimental measurements of a 1:6 scale turbine and results from 2D CFD simulations with blade-resolved geometry are compared with those obtained from 3D CFD simulations based on the Actuator Line Model (ALM) combined with the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (uRANS) equations. The aim of this comparison is to validate the model for this specific turbine solidity, a parameter that will be retained for the high power turbines.
The same numerical approach is used to analyse the counter-rotating pair of side-by-side turbines, considering five aspect ratio configurations, two axis distances and the possibility of changing the direction of rotation from inner downwind to inner upwind. At this stage, the turbines are at full scale and placed within a boundary layer.
The results confirm the practical usefulness of the OpenFOAM software in reducing the computational time for 3D CFD simulations of complex systems, highlighting its potential for real-world engineering applications.