عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی هیدرولیکی بهینه سازی و تست عملکرد چرخ توربین کاپلان
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2303;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 57334
- تاریخ دفاع
- ۲۶ دی ۱۳۹۱
- دانشجو
- ایمان هدایت نیا
- استاد راهنما
- سیداحمد نوربخش, علیرضا ریاسی
- چکیده
- با توجه به افزایش تقاضا جهت مصرف انرژی، نیاز به منابع جدید و استفاده بهینه از منابع موجود، از جمله مسائل مهم دنیا می باشد، همچنین با توجه به مشکلات نیروگاه های حرارتی (محدودیت منابع، معیارهای زیست محیطی و ...) گرایش عمومی بیشتر متوجه احداث نیروگاه های آبی است. اغلب توربین های آبی مورد استفاده در نیروگاه های برق-آبی از دو نوع فرانسیس و کاپلان تشکیل شده است، که توربین های فرانسیس نیاز به هد بالا و دبی متوسط و توربین های کاپلان نیاز به هد پایین و دبی بالا دارند. در حال حاضر حدود 7000 مگاوات پتانسیل آبی درکشور ما در حال بهره برداری می باشد و حدود 3000 مگاوات نیز در حال نصب می باشند که نوع توربین همه آنها فرانسیس است. بنابراین از تمام پتانسیل های آبی مناسب برای توربین فرانسیس در کشور استفاده شده است و رویکرد در دنیا و همچنین در کشور ما به سمت استفاده از توربین های کاپلان می باشد تا بتوان از پتانسیل های آبی موجود در رودخانه هایی با دبی زیاد و هد پایین مانند رودخانه کارون استفاده نمود. در این تحقیق، مدار تست توربین کاپلان موجود در موسسه تحقیقاتی ماشین های آبی دانشگاه تهران، مورد آزمایش قرار گرفته است. در اولین مرحله، قطعات مدار تست به صورت کامل جدا شده و پس از تعمیر قطعات، کالیبراسون تجهیزات اندازه گیری و بهینه سازی کارکرد مدار، تغییرات دبی، هد و همچنین تغییر زاویه پره هادی در دور ثابت بررسی شده است و اثر این تغییرات بر توان و راندمان توربین کاپلان نشان داده شده و نمودارهای هد بر حسب دبی، راندمان بر حسب دبی، توان بر حسب دبی و سرعت واحد بر حسب دبی واحد جهت مشخص نمودن نحوه عملکرد توربین کاپلان رسم گردیده است. همچنین جهت شبیه سازی هیدرولیکی، چرخ توربین با استفاده از دستگاه های تصویربرداری سه بعدی نوری، اسکن شده تا هندسه چرخ بدست آید. ابر نقاط بدست آمده را به صورت مدل درآورده و با اندازه گیری ابعاد سایر قطعات مدار، هندسه نهایی مسئله رسم گردیده است. بعد از آن در نرم افزار انسیس سی.اف.ایکس (ANSYS CFX) شبیه سازی هیدرولیکی مدار در سه حالت زاویه پره هادی انجام شده و نتایج حاصل از حل عددی شامل فشار ورودی، گشتاور و راندمان توربین با داده های تجربی بدست آمده، اعتبار سنجی شده و میانگین خطای حل عددی 5/3 درصد بدست آمده است که صحت شبیه سازی هیدرولیکی برای هر سه حالت انجام شده را تأیید می نماید.
- Abstract
- According to increased demand for energy consumption, the need for new sources and optimized use of available resources are of the most important issues in the world. Although according to the problems related to thermal power plants (such as limited resources, environmental measures and so on) the general tendency is to build hydro power plants. Most turbines used in hydro-electric power plants are of two types: Francis and Kaplan. Francis turbines need high head and average flow rate; Kaplan ones need low head and high flow rate. There are about 7000 MW hydro potential under exploitation and about 3000 MW under installation in Iran and all the turbines used are Francis. Therefore in future the hydropower stations with Kaplan type turbines should be developed in our country. In this study, the test-rig of Kaplan turbine available in Hydraulic Machinery Research Institute (HMRI) is used. At the first step, the test rig was completely disassembled and repaired and then the measuring instruments were calibrated. The characteristics curves (e.g. H-Q, P-Q, ?-Q) of this turbine are extracted for differing wicket gate opening. Moreover, the effect of angle of attack in the runner blade on cavitation initiation is studied. Regarding the numerical simulation, the turbine geometry is produced using optic CMM. The flow patterns including pressure and velocity fields are computed using CFD analysis. The numerical results are validated in comparison with experimental data and show to have good agreement together and the numerical uncertainty is about 3.5%.
