طراحی هیدرودینامیکی و شبیه‌سازی عددی توربین محوری با ارتفاع بسیار کم

Abstract

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.