عنوان پایان‌نامه
تحلیل عددی جریان سیال غیر دائم در سیستم های هیدرولیکی با استفاده از مدل های هیدرو آکوستیک
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی-ماشینهای آبی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1836;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 46452
- تاریخ دفاع
- ۳۰ شهریور ۱۳۸۹
- دانشجو
- علیرضا تکلیفی
- استاد راهنما
- سیداحمد نوربخش, علیرضا ریاسی
- چکیده
- با توجه به عدم یکنواختی بار در شبکه ی توزیع برق، نیروگاه های برقآبی ناچار به کارکرد در شرایط خارج از طراحی می باشند. همچنین در شرایط استارت و خروج از شبکه ی ناگهانی نیروگاه رفتار دینامیکی کل سیستم نیروگاه بسیار مهم بوده و تحلیل فرکانسی این ناپایداری ها بسیار حیاتی می باشد. در نتیجه نیاز به روش های کنترلی خاص به وضوح احساس می شود. توربین های فرانسیس که متداول ترین نوع توربین ها در نیروگاه های آبی بوده و نقش مهمی را در تامین انرژی به روش برقآبی ایفا می کنند، نیز در معرض خطرات ناشی از تشدید و ناپایداری قرار دارند. لذا بررسی این ناپایداری ها الزامیست. در این رساله جهت بررسی رفتار دینامیک مذکور از روش حل عددی یک بعدی که دارای سرعت و دقت مناسب می باشد، استفاده شده است. از طرفی به علت غالب بودن اثر پدیده ی تولید امواج در رفتار دینامیکی نیروگاه از مدل های هیدروآکوستیک استفاده به عمل آمده است. در این تحقیق در ابتدا با استفاده از معادلات بقای جرم و بقای ممنتوم معادلات حاکم بر شرایط گذرای جریان در لوله ها را استخراج کرده سپس به توضیح روش های مختلف حل معادلات حاکم بر جریان گذرا در لوله ها پرداخته شده است. پس از به دست آوردن دستگاه معادلات به مدل سازی ریاضی تجهیزات یک نیروگاه پرداخته و با استفاده از روش مدل سازی هیدروآکوستیکی تجهیزات لوله، شیر، مخزن و توربین نیروگاه های برقآبی فرانسیس به صورت مدار های الکتریکی R-L-C مدل سازی شده اند. در این مدل سازی ها اثرات تنش های برشی اصلاح شده، خواص ویسکوالاستیک لوله ها و سیال نیز درنظر گرفته شده اند. همچنین جهت از بین بردن ناپایداری ها و نوسانات حل از ترم های اتلافات اضافی هوشمند استفاده شده است.در پایان به بررسی تحلیلی سیستم های هیدرولیکی ساده پرداخته و در نهایت پدیده های گذرا در یک نیروگاه برقآبی ساده مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که این روش مدل سازی اجزای هیدرولیکی دارای دقتی مناسب و زمان حل کوتاهی می باشد. از طرفی دیگر نتایج حاصل از تحلیل با نتایج تجربی موجود مطابقت مناسبی داشتند.
- Abstract
- Abstract Hydraulic transients in closed conduits have been a subject of both theoretical study and intense practical interest for more than one hundred years. While straightforward in terms of the one-dimensional nature of pipe networks, the full description of transient fluid flows pose interesting problems in fluid dynamics. For example, the response of the turbulence structure and strength to transient waves in pipes and the loss of flow axisymmetry in pipes due to hydrodynamic instabilities are currently not understood. Yet, such understanding is important for modeling energy dissipation and water quality in transient pipe flows. This paper analyses the discrete hydraulic systems with emphasis on hydraulic parameter analysis. The simulation used was developed based on analog mathematical models of transient phenomenon equations (Hydroacoustic modeling). The unsteady friction loss and visco-elastic behavior of pipe and fluid are considered in the pipelines model. Second order dissipative terms are added in regions of high gradients while they are switched off in smooth flow regions using a total variation diminishing (TVD) switch. A set of nonlinear ordinary differential equations is generated by using an implicit scheme. The set of nonlinear ODEs are solved using a fourth order Runge-Kutta method. Further validation has been carried out with experimental values. In continue mathematical model of a Francis pump-turbine has been developed and the transient behavior of two different cases of hydraulic systems consisting the pump-turbine has been investigated. The results were logically correct and acceptable.
