Modares Mechanical Engineering
مهندسی مکانیک مدرس
Modares Mechanical Engineering
Engineering & Technology
http://mme.modares.ac.ir
1
admin
1027-5940
2476-6909
10.22034/mme
fa
jalali
1396
11
1
gregorian
2018
2
1
17
12
online
1
fulltext
fa
طراحی هیدرودینامیکی و شبیهسازی عددی توربین محوری با ارتفاع بسیار کم
Hydrodynamic Design and Numerical Simulation of a Very Low Head Axial Turbine (VLH)
یکی از روشهای جدید بهرهبرداری از انرژی آبی در رودخانهها و کانالها استفاده از نیروگاههای کوچک مجهز به توربینهای محوری با ارتفاع بسیار کم میباشد. در این پژوهش روند طراحی و شبیهسازی عددی توربین با ارتفاع بسیار کم با توجه به اطلاعات نمونه ساختهشده، ارائه شده است. توربین صنعتی مورد مطالعه قادر به تولید توان450 کیلووات در ارتفاع 2.6 متر است. برای تولید هندسه توربین، کد محاسباتی با استفاده از ترکیب نرمافزارهای متلب و ایکسفویل توسعه داده شده است. در روند حل، طراحی هیدرودینامیکی اولیه با توجه به معادله اویلر برای چرخهای آبی انجام شده است. در ادامه با توجه به روش کلاسیک طراحی توربوماشینهای محوری و انتخاب هیدروفویل با ضریب برآی مناسب، اطلاعات نهایی هندسی برای مقاطع پره چرخ بهدست آمده است. پس از انتقال هندسه و ایجاد شبکهبندی ساختاریافته در توربوگرید برای گسستهسازی معادلات حاکم، شبیهسازی عددی با استفاده از نرمافزار سیافایکس انجام شده است. نتایج شبیهسازی برای مجموعه توربین شامل چرخ و پرههای راهنما در بازشدگیهای مختلف پرههای چرخ ارائه شدهاند. همچنین نتایج مربوط به امکان وقوع کاویتاسیون در بازشدگیها و دبیهای مختلف بررسی شده است. نتایج بهدستآمده نشان میدهد که استفاده از روش طراحی ارائهشده، راندمان هیدرولیکی را برای نقطه کاری در بازشدگی مبنای طراحی پرههای چرخ به میزان حدود 89 درصد رسانده است. از نظر کاویتاسیون، توربین طراحیشده تنها در دبیهای بالای خارج از نقطه طراحی و در بازشدگیهای مثبت پرههای چرخ دچار کاویتاسیون لبه ورودی میشود و در نقطه طراحی مشکل کاویتاسیون وجود ندارد.
Small scale hydraulic power plants equipped with very low head (VLH) axial turbines can be considered as a novel approach to extract energy from rivers and canals. In this study, design process and numerical simulation of a prototype of a VLH turbine is done. The selected turbine generates 450 kW power at the head of 2.6 m. In order to generate the turbine geometry using MATLAB and X-Foil, a computational code has been developed. The design process to generate finalized geometrical data of the runner blades contains a primary hydrodynamic design using Euler equation in turbomachinery, a classical approach for axial turbomachinery design and selection of hydrofoils with appropriate lift coefficient. Using the geometry and structured mesh generated by Turbo Grid for discretization of governing equations, the numerical simulation was accomplished by ANSYS CFX. Simulation results of different opening angles of the runner blades are presented for the turbine system including runner and guide vanes. Also, cavitation possibility is studied in various opening angles and discharges. The results demonstrate that the hydraulic efficiency of the VLH turbine is approximately 89% where the opening angle of the runner blades is at the design point. Moreover, cavitation does not occur at the design point. However, at flow rates larger than the nominal flow rate, and at opening angles larger than the design point cavitation at the leading edge is possible
توربین آبی؛ ارتفاع بسیار کم؛ هیدروفویل؛ راندمان هیدرولیکی؛ کاویتاسیون
Hydraulic Turbine؛ Very Low Head؛ Hydrofoil؛ hydraulic efficiency؛ Cavitation
373
381
http://mme.modares.ac.ir/browse.php?a_code=A-15-27053-1&slc_lang=fa&sid=15
Mohamad
Mirghavami
محمد
میرقوامی
100319475328460070439
100319475328460070439
No
School of Mechanical Eng., University of Tehran
دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران
Hadi
Sotoude
هادی
ستوده
100319475328460070438
100319475328460070438
No
School of Mechanical Eng. University of Tehran
دانشکده مکانیک دانشگاه تهران
Seyed Farshid
Chini
سید فرشید
چینی
100319475328460070437
100319475328460070437
No
Assistant Professor, Mechanical Engineering Department, University of Tehran
استادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران
alireza
riasi
علیرضا
ریاسی
100319475328460070436
100319475328460070436
Yes
School of Mechanical Eng., University of Tehran
دانشیار دانشکده فنی دانشگاه تهران