Anàlisi numèrica de vents d’origen tèrmic a regions muntanyoses i valls

Aquesta tesi doctoral té com a objectiu simular vents d'origen tèrmic en sistemes vall-muntanya, utilitzant OpenFOAM, un programari de codi obert de dinàmica de fluids computacional (CFD). Els vents d'origen tèrmic es produeixen a regions muntanyoses i valls a causa dels gradients de temperatura induïts pel cicle diürn d'escalfament i refredament de l'atmosfera baixa. El mercat energètic actual està particularment interessat en aquests vents perquè tenen més regularitat i periodicitat que els vents sinòptics i, per tant, són més fàcilment predictibles. 

A la primera fase d'aquesta investigació, el model de turbulència Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) k–ε es valida en una geometria 3D, comparant els seus resultats amb resultats de large-eddy simulations (LES) disponibles a la literatura. Després, es crea un model computacional d'una configuració idealitzada de muntanya-vall en 2D, per imitar els vents d'origen tèrmic. En aquest treball s'examinen les condicions de contorn (CC) de la frontera superior del domini fluid i les condicions inicials (CI) de la temperatura i pressió de camp més adequades. S'utilitza un solver transitori per abordar el flux turbulent i flotant de fluids incompressibles. A diferència dels mecanismes tradicionals de convecció de fluids associats amb gradients de pressió, en el nostre cas la flotabilitat és la força impulsora de la convecció dels vents d'origen tèrmic estudiats. 

En aquest treball, la temperatura depèn linealment de l'altitud, que s'imposa com a CC al vessant de la muntanya, cosa que dóna com a resultat la generació correcta de vent d'origen tèrmic. També s'explora l'alçada mínima del domini computacional requerida per replicar amb èxit els vents d'origen tèrmic, així com els efectes en els resultats de fer servir unes CI dependents i independents de l'altitud. 

Finalment, una àmplia gamma de simulacions numèriques permeten investigar la influència de diverses funcions de paret sobre el modelatge de fluxos d'origen tèrmic. En resum, es conclou que els models CFD poden replicar aquests complexos fluxos de capa límit atmosfèrica amb suficient precisió, cosa que pot ajudar a determinar els aerogeneradors més adequats per a llocs específics en regions muntanyoses.