تزریق آب جهت کاهش اثرات گرداب در درفت تیوب توربین فرانسیس و ارایه روشی نوین برای انتخاب قطر نازل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

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

چکیده

در این مقاله جریان سیال در درفت تیوب توربین فرانسیس یک مدل آزمایشگاهی در دو حالت با تزریق و بدون تزریق آب به صورت غیر پایا در دو هندسه واقعی و دیفیوزر مستقیم شبیه سازی شده و همچنین روشی نوین برای انتخاب قطر نازل پیشنهاد شده است. شبیه سازی با استفاده از نرم افزار فلوئنت و  مدل­های آشفتگی k-ε در هندسه دیفیوزر مستقیم و SST k-ω در هندسه واقعی انجام شده است. در دو هندسه، نتایج حاصل از روش پیشنهادی برای انتخاب قطر نازل که بر اساس نسبت افت کلی به ضریب بازیافت فشار بوده با روش مورد استفاده در تحقیقات پیشین که بر اساس محاسبه افت کلی می­باشد، مقایسه شده است. شرایط مرزی ورودی و صحت سنجی بر اساس داده­های آزمایشگاهی بوده است. نتایج حاصل نشان می­دهند اندازه قطر نازل بدست آمده وابسته به هندسه درفت تیوب بوده و استفاده از روش پیشنهادی برای انتخاب قطر نازل بر اساس نسبت افت کلی به ضریب بازیافت فشار موجب افزایش 33 درصدی قطر نازل انتخاب شده، کاهش 3/16 درصدی نوسان­های سرعت و 19 درصدی دامنه نوسانی فشار در درفت تیوب می­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]      Jost D. and Lipej A. Numerical Prediction of Non-Cavitating and Cavitating Vortex Rope in a Francis Turbine Draft Tube. Stojniskivestnik-Journal of Mechanical Engineering, Vol. 57, No. 6, p.445-456, 2011. DOI:10.5545/sv-jme.2010.068.
[2]      Dörfler P. and Sick M., Flow-Induced Pulsation and Vibration in Hydroelectric Machinery, Springer-Verlag London, 2013.
[3]      Kirschner O., Muntean S., Susan-Resiga R. and Ruprecht A., Swirling Flow in a Straight Cone Draft Tube: Axi-Symmetric Flow Analysis and Comparison with Circumferentially Averaged PIV Measurements, 2nd IAHR International Meeting of the Workgroup on Cavitation and Dynamic Problems in Hydraulic Machinery and Systems, Timisoara, Romania, 2007.
[4]      Rudolfa P. Connection between Inlet Velocity Field and Diffuser Flow Instability, Applied and Computational Mechanics, No. 3, pp. 177-184, 2009.
[5]      Ruprecht A.  and Helmrich T., Simulation of Vortex Rope in a Turbine Draft Tube, Proceeding of the XXI st IAHR symposium on Hydraulic Machinery and Systems, Lausanne, 2002.
[6]      Fraser R., Desy N., Demers E., Deschenes C., Fau J.P. and Hamel S., Improvement to Self-Venting Francis Turbine, Report, Leval University Quebec & GE Energy, Canada 2004.
[7]      Haung R., An Y., Lou X., Ji B. and Xu H., Numerical Simulation of Pressure Vibrations in a Francis Turbine Draft Tube with Air Admission, Proceedings  of  the  ASME  2014  4th  Joint  US-European  Fluids  Engineering  Division  Summer Meeting  and  11th  International  Conference  on Nano channels,  Micro channels,  and  Mini channels, FEDSM2014, Chicago,  IIIinois,  USA, 2014.
[8]      Nakanishi K. and Uedea T. Air Supply into Draft Tube of Francis Turbine, Fuji Electric Review, Vol. 10, No. 3, pp. 81-91, 1964.
[9]      Susan-Resiga  R., Muntean S., Ciocan G.D. and Nennemann B., Jet Control of the Draft Tube Vortex Rope in Francis Turbine at Partial Discharge, 23rd IAHR Symposium, Yokohama, 2006.
[10]    Susan-Resiga  R., Muntean S., Bosioc  A., Stuparu A., Milos T., Baya A., Bernad S. and L.E. Anton, Swirling Flow Apparatus and Test Rig for Flow Control in Hydraulic Turbines Discharge Cone, 2nd IAHR International Meeting of the Workgroup on Cavitation and Dynamic Problems in Hydraulic Machinery and Systems, Timisoara, Romania, 2007.
[11]    Susan-Resiga R., Muntean S., Stein P. and Avellan F., Axi-Symmetric Swirling Flow Simulation of the Draft Tube Vortex in Francis Turbines at Partial Discharge, 24th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and systems, Foz Do Iguassu, October, 2008.
[12]    Susan-Resiga R., Muntean S., Tanasa C. and Bosioc A., Three-Dimensional Versus Two-Dimensional Axisymmetric Analysis for Decelerated Swirling Flows, Conference on Modeling Fluid (CMFF'09), the 14th International Conference on Fluid Flow Technologies, Budapest, Hungary, September, 2009.
[13]    Susan-Resiga R., Muntean S., V. Hasmatuch V., I. Anton I. and Avellan F. Analysis and Prevention of Vortex Breakdown in the Simplified Discharge Cone of a Francis Turbine, Journal of Fluids Engineering, Transaction of the ASME, Vol. 132, pp. 051102:1-15, 2010.
[14]     Foroutan  H. and Yavuzkurt S. Flow in the Simplified Draft Tube of a Francis Turbine Operating at Partial Load- Part I: Simulation of the Vortex Rope, Journal of Applied Mechanics, Transaction of the ASME, Vol. 81, pp., 061010:1-8, 2014.
[15]    Foroutan  H. and Yavuzkurt S. Flow in the Simplified Draft Tube of a Francis Turbine Operating at Partial Load- Part II: Control of the Vortex Rope, Journal of Applied Mechanics, Transaction of the ASME, Vol. 81, pp., 061011:1-7, 2014.
[16]    Foroutan H., Simulation, Analysis, and Mitigation of Vortex Rope Formation in the Draft Tube of Hydraulic Turbines, Phd Thesis, the Pennsylvania State University, the Graduate School, College of Engineering, 2015.
[17]    WHITE F., Viscose Fluid Flow, Third Edition, McGraw- Hill, 2006.
[18]    Chen C., Jaw S. Y., Fundamentals of Turbulence Modeling, Talor & Francis Inc., Washington, DC, 1998.
[19]    Tian X., Pan H., Hong S. and  Zheng Y., Improvement of Hydro-Turbine Draft Tube Efficiency Using Vortex Generator, Advances in Mechanical Engineering, Vol.7, No. 7, pp. 1-8, 2015.
[20]    Mauri  S., Numerical Simulation and Flow Analysis of an Elbow Diffuser, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, 2002.
[21]    Galvan  S., Guibault F. and Reggio M., Optimization of the Inlet Velocity Profile of  Turbine99  Draft Tube, Proceedings of the third IAHR/ERCOFTAC Workshop on Draft Tube Flow, Porjus, Sweden, 2005.