Questo progetto di ricerca vuole proporre un sistema integrato di progettazione, ottimizzazione e test su banco prova sperimentale (EFD) e virtuale (CFD) di un sistema integrato di camera a colonna d¿acqua oscillante e turbina Wells per installazione nel Mar Mediterraneo.
Punti salienti del progetto sono:
¿ implementazione e validazione di un software per la progettazione e l¿ottimizzazione del sistema OWC + turbina Wells che integri modelli di intelligenza artificiale per la stima delle perdite e la caratterizzazione in condizioni marine derivati dai dati sperimentali raccolti su banco prova e analisi CFD,
¿ costruzione di un banco prova per il test della turbina in condizioni intubate (con flusso d¿aria alimentato da un ventilatore) e condizioni non-stazionarie (con flusso d¿aria alimentato da un mantice),
¿ quantificazione delle perdite in condizioni operative,
¿ studio di un sistema di regressione machine-learnt per la predizione delle prestazioni in condizioni non stazionarie a partire dalla curva caratteristica misurata in condizioni stazionarie,
¿ costruzione e validazione di un sistema di test-rig virtuale automatico per il calcolo delle prestazioni tramite CFD,
¿ studio di soluzioni innovative (uso di più rotori, pale con sweep, leaning e tapering),
¿ implementazione di un sistema integrato di ottimizzazione basato sulla stima delle perdite e delle prestazioni in condizioni non-stazionarie e sull¿uso del test-rig virtuale per l¿esplorazione dello spazio di progetto,
¿ derivazione di regole di scalatura per condizioni meteomarine differenti.
Punti di innovazione della ricerca.
Inn 1. Non esistono al momento sistemi per la progettazione integrata della camera OWC e di una turbina Wells che operino in condizioni tipiche del Mar Mediterraneo. Uno strumento del genere sarebbe di grande aiuto per la progettazione di opere portuali integrate capaci di alloggiare un sistema di energy harvesting basato su queste macchine.
Inn 2. La progettazione di una turbina Wells attualmente si basa su procedure semplificate che tengono conto di prestazioni di profili isolati. La turbina in realtà funziona con un campo di moto estremamente tridimensionale e in costante condizione ¿fuori progetto¿ [3,4]. Il calcolo effettuato secondo [2] e seguenti sovrastima le prestazioni in maniera inaccettabile e richiede verifiche su banchi prova in condizioni stazionarie, lasciando un ampio margine di fallimento nell¿installazione on-shore. Una migliore caratterizzazione delle perdite in funzione dei parametri di progetto ¿liberi¿ del rotore è di sicuro aiuto nella progettazione preliminare della macchina, nonché nella sua ottimizzazione.
Inn 3. Lo sviluppo di un modello machine-learnt per derivare le prestazioni in configurazione 2) dalle prestazioni misurate (o calcolate tramite CFD) in configurazione 1) permetterebbe un¿importante semplificazione delle misure sperimentali su test-rig, abbattendone costi e tempi.
Inn 4. Lo sviluppo di un test-rig virtuale automatico permetterebbe un¿ulteriore diminuzione di tempi e costi di sviluppo di una macchina su misura per determinate caratteristiche di mare.
Inn 5. Un software di calcolo integrato per la progettazione preliminare e l¿ottimizzazione del rotore/i della macchina che implementi regressori machine-learnt di perdita e di predizione delle prestazioni in configurazione OWC e che permetta di ottimizzare la geometria ricavando un ottimo fra rendimento e potenza della macchina sarebbe di sicuro aiuto per lo sviluppo di dispositivi su misura per determinate caratteristiche di mare, nonché per la derivazione di una serie ¿standard¿ di macchine operanti in condizioni simili di mare.
Inn 6. A differenza di altre tipologie di macchine, per le turbine Wells non esistono leggi di scalatura delle prestazioni. Tramite questo sistema di progettazione e verifica delle prestazioni sarà possibile andare ad investigare gli effetti di scalatura delle macchine in funzione non solo di diametro e numero di giri, ma anche di caratteristiche dell¿onda incidente. L¿individuazione di leggi di questo tipo è di fondamentale importanza nello sviluppo di questa tecnologia tanto che ad oggi la sua mancanza è un problema non indifferente nel progetto preliminare.
Inn 7. Soluzioni con rotori controrotanti o con sistemi di controllo del flusso come quelle descritte nell¿Ob 10 sono ad oggi in fase di concept. Un¿analisi sistematica non è ancora stata presentata in letteratura. Poter ricavare dati dal test-rig ed eventuali regole di progetto per implementare sweep o tapering delle pale sarebbe un passo avanti notevole nello sviluppo delle macchine Wells. Operando inoltre su taglie ¿mediterranee¿ più piccole rispetto a quelle tipiche delle macchine affacciate sull¿oceano è possibile che le configurazioni biplano a rotori controrotanti si rivelino più interessanti per questo tipo di funzionamento.