• BEM-CFD
• bloccaggio
• blockage
• corrente di marea
• current
• HATT
• horizontal axis turbine
• in-line
• interazione tra turbine
• marine turbine
• modello ibrido
• offset
• onde
• scia
• tidal turbine
• turbina asse orizzontale
• turbina marina
• turbines interaction
• VBM
• Virtual Blade Model
• wake
• wave

Il Virtual Blade Model (VBM) è un modello ibrido BEM-CFD per lo studio di turbine ad asse orizzontale, che permette l’implementazione della teoria dell’elemento di pala (BEM) nel software di calcolo numerico ANSYS Fluent, tramite il caricamento di una User-Defined-Function. L’effetto della turbina viene simulato introducendo termini di sorgente, calcolati secondo la teoria BEM, nel bilancio della quantità di moto nella sola zona interessata dalla rotazione delle pale. Questo metodo permette un notevole risparmio sui tempi di calcolo in paragone con il CFD tradizionale, assicurando comunque risultati affidabili. La prima parte del presente lavoro di tesi consiste nella validazione del Virtual Blade Model in termini di predizione della performance di una turbina marina ad asse orizzontale e della scia da essa generata, mediante il confronto con misurazioni sperimentali in scala di laboratorio. Nella seconda parte della tesi il modello è stato utilizzato per studiare l’interazione tra due turbine idrocinetiche ad asse orizzontale in scala di laboratorio; in particolare si sono analizzati gli effetti della scia generata da una turbina a monte su una turbina posizionata a valle di essa, in linea o con un certo offset laterale, in condizioni di sola corrente e in condizioni combinate di onde e corrente. Queste simulazioni sono state infine ripetute in scala reale, in condizioni naturali marine non confinate, per valutare gli effetti di scala e di bloccaggio.

The Virtual Blade Model (VBM) is a hybrid BEM-CFD model for the study of horizontal axis turbines, which allows the implementation of the Blade Element Momentum (BEM) theory in the numerical calculation software ANSYS Fluent, by loading an User-Defined-Function. The turbine effect is simulated by introducing source terms, calculated according to the BEM theory, in the momentum balance only in the area affected by the rotation of the blades. This method allows a significant saving on calculation times in comparison with the traditional CFD, still ensuring reliable results. The first part of this thesis work consists in the validation of the Virtual Blade Model in terms of predicting the performance of a horizontal axis tidal turbine and the wake generated by it, through comparison with laboratory scale experimental measurements. In the second part of the thesis, the model has been used to study the interaction between two horizontal axis hydrokinetic turbines on a laboratory scale; in particular have been analysed the effects of the wake generated by an upstream turbine on a turbine positioned downstream of it, in-line or with a certain lateral offset, in conditions of current only and in combined conditions of waves and current. These simulations were finally repeated in full-scale unconfined natural marine conditions, to evaluate the scale and blockage effects.