بررسی تجربی - عددی تأثیر تزریق هوا و آب بر نوسانات گرداب توربین فرانسیس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، ایران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، ایران

4 فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، ایران

چکیده

در این مقاله اثرات طناب گرداب در لوله‌مکش توربین فرانسیس یکی از نیروگاه‌های کشور به صورت تجربی و عددی مورد مطالعه قرار گرفت. ابتدا اطلاعات تجربی واحد در چهار ظرفیت تولیدی به مقادیر 52/22، 74/45، 73/68 و 60/85 مگاوات توسط فشارسنج در فاصله 199/3 متر پایین‌تر از چرخ استخراج شد و با استفاده از تبدیل فوریه سریع مشخص گردید که در ظرفیت 74/45 مگاوات بیشترین نوسانات فشار وجود دارد. سپس شبیه‌سازی‌ عددی کل توربین با استفاده از حل گذرا و مدل توربولانسی SAS-SST در حالت‌های مختلف انجام گردید. اثرات کاهش نوسانات گرداب در پنج حالت تزریق یعنی 5/1 و 3 درصد فقط آب، 1 و 2 درصد فقط هوا و حالت تزریق همزمان آب و هوا (3 درصد آب و 2 درصد هوا) مورد بررسی قرار گرفت. همچنین الگوریتمی جهت بهینه‌سازی پارامتر حاصل‌ضرب بازده در ضریب بازیافت فشار بر دامنه قله به قله نوسانات در شرایط مختلف تزریق آب و هوا ارائه شد. نتایج نشان داد حالت تزریق همزمان 58/1 درصد آب و 02/0 درصد هوا نسبت ذکر شده، بیشینه بوده و بهینه‌ترین حالت جهت بهره‌برداری می باشد.

کلیدواژه‌ها

مراجع

  • درخشان هوره ش. و ریاسی ع.، توربین‌های آبی. انتشارات جهاد دانشگاهی، تهران، 1393.
  • Gallagher J., Harris I., Packwood A., McNabola A. and Williams A., A strategic assessment of micro-hydropower in the UK and Irish water industry: Identifying technical and economic constraints. Renewable Energy, 81, pp. 808-815, 2015.
  • Altimemy M., Attiyaa B., Daskirand C., Liue I.H. and Oztekina A., Mitigation of flow-induced pressure fluctuations in a Francis turbine operating at the design and partial load regimes—LES simulations. International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 79, 2019.
  • Sotoudeh N., Maddahian R., Cervantes M. J., Investigation of Rotating Vortex Rope formation during load variation in a Francis turbine draft tube. Renewable Energy, Vol. 151, pp. 238-254, 2020.
  • Su W.T., Binama M., Li Y. and Zhao Y., Study on the method of reducing the pressure fluctuation of hydraulic turbine by optimizing the draft tube pressure distribution. Renewable Energy, Vol. 162, pp. 550-560, 2020.
  • Yu A., Tang Q., Wang X., Zhou D. and Liu J., Investigation of the Pressure Fluctuation Alleviation in a Hydraulic Turbine by Runner Modification. water, Vol. 11, 2019.
  • Gavrilov A.A., Sentyabov A.V., Dekterev A.A. and Hanjali K., Vortical structures and pressure pulsations in draft tube of a Francis-99 turbine at part load: RANS and hybrid RANS/LES analysis. International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 63, pp. 158–171, 2017.
  • محمدی م.، شبیه‌سازی جریان درفت‌تیوب توربین فرانسیس با در نظر گرفتن تزریق هوا و آب. دانشگاه شهید چمران، اهواز، 1397.
  • Mohammadi M., Hajidavalloo E. and Behbahani Nejad M., Water Injection for Reduction of Vortex Rope Effects in Francis Turbine Draft Tube and Offering New Method for Selecting Nozzle Diameter. Journal of Mechanical Engineering, Vol. 49, No. 3, pp. 299–307, 2018.
  • Mohammadi M., Hajidavalloo E., and Behbahani Nejad M., Investigation on Combined Air and Water Injection in Francis Turbine Draft Tube to Reduce Vortex Rope Effects. Journal of Fluids Engineering, Vol. 141, 2019.
  • Arispe T.M., Oliveira W.D., Ramirez R.G., Francis turbine draft tube parameterization and analysis of performance characteristics using CFD techniques. Renewable Energy, Vol. 127, pp. 114-124, 2018.
  • Celebioglu K., Altintas B., Aradag S. and Tascioglu Y., Numerical research of cavitation on Francis turbine runners. International journal of hydrogen energy, Vol. 42, pp. 777-778, 2017.
  • Cheng H., Zhou L., Liang Q., Guan Z., Liu D., Wang Z. and Kang W., A method of evaluating the vortex rope strength in draft tube of Francis turbine. Renewable Energy, Vol. 152, pp. 770-780, 2020.
  • Pitorac L.I., Air Injection in Francis Turbine. Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, 2017.
  • Ayancik F., Acar E., Celebioglu K. and Aradag S., Simulation-based design and optimization of Francis turbine runners by using multiple types of metamodels, Mechanical Engineering Science, Vol. 231, pp. 1427–1444, 2017.
  • علیزاده ا.، حسینی س.س. و ریاسی ع.، مطالعه عددی تأثیر ایجاد شیار روی مخروطی چرخ پمپ-توربین بر الگوی جریان گردابه‌ای لوله‌مکش. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس، د. 14، ش. 15، ص 352-360، 1393.
  • Roache P.J., Perspective: A Method for Uniform Reporting of Grid Refinement Studies. Journal of Fluids Engineering, Vol. 116, pp. 405-413, 1994.
  • Martin J.D. and Simpson T.W., Use of kriging models to approximate deterministic computer models, AIAA Journal, Vol. 43, pp. 853–863, 2005.
  • Xu Y., Tan L., Cao S. and Qu W., Multiparameter and multiobjective optimization design of centrifugal pump based on orthogonal method, Mechanical Engineering Science, Vol. 231, pp. 2569–2579, 2017.
  • Bader B., Dez Dam Hydro Power Project Preliminary Model Test Report, Swiss Federal Institue of Technology, Lausanne, 2009.
  • Hosoi Y., Experimental investigations of pressure surge in draft tubes of Francis water turbine. Hitachi Review, Vol. 14, pp. 112, 1965.
  • https://www.ntnu.edu/nvks/f99-test-case2
  • Jost D. and Lipej A., Numerical Prediction Of The Vortex Rope In The Draft Tube. In 3th IAHR International Meeting of the Workgroup on Cavitation and Dynamic Problems in Hydraulic Machinery and Systems, Brno, Czech Republic,
  • Shreve D.H., Signal Processing for Effective Vibration Analysis. Inc, 1995.
  • Jafarzadeh Juposhti H., Maddahian M. and Cervantes M.J., Optimization of axial water injection to mitigate the Rotating Vortex Rope in a Francis turbine. International journal of Renewable Energy, Vol. 175, pp. 214-231, 2021.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار