دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 17 12 2018 02 20 Hydrodynamic Design and Numerical Simulation of a Very Low Head Axial Turbine (VLH) طراحی هیدرودینامیکی و شبیه‌سازی عددی توربین محوری با ارتفاع بسیار کم 373 381 10228 FA محمد میرقوامی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران هادی ستوده دانشکده مکانیک دانشگاه تهران سید فرشید چینی استادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران علیرضا ریاسی دانشیار دانشکده فنی دانشگاه تهران Journal Article 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 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. https://mme.modares.ac.ir/article_10228_d6d0f445ef4338aba648d1a13936743c.pdf