بررسی عددی جریان در فرآیند گذار از نقطه کارکرد بهینه به بار بیشینه در توربین فرانسیس

جریان در درفت تیوب توربین های آبی در نقطه کارکرد بار بیشینه با ناپایداری های زیادی همراه می باشد. علاوه بر افت راندمان ناشی از شکست گردابه، نوسانات فشاری فرکانس پایین ناشی از آن می تواند موجب پدیده تشدید شده و عمر توربین را کاهش دهد. در پژوهش حاضر فرآیند تشکیل هسته گردابه بار بیشینه (مشعل) در گذار از نقطه کارکرد بهینه به بار بیشینه موردمطالعه قرارگرفته و رژیم های گذرای تشکیل شده حین این فرآیند گذار موردبحث و مطالعه واقع شده اند. مشخص می شود که هسته گردابه مشعل نتیجه پدیده شکست گردابه حبابی بوده و عامل اصلی آن نیز تشکیل نقطه سکون و ایجاد جریان بازچرخشی در محور درفت تیوب است. این جریان بازچرخشی به دلیل افت مومنتوم محوری در ناحیه مخروطی درفت تیوب ایجاد می شود. نتایج هسته گردابه نشان می دهد که در مراحل رشد و تشکیل هسته گردابه مشعل، ابتدا قطر هسته پایه بار بهینه رشد می کند. سپس در سطح ساختار هسته گردابه امواجی ایجاد خواهند شد که با گذشت زمان و قدرت گرفتن چرخش در میدان جریان، ساختار یکپارچه هسته را گسسته و به چندین بخش تقسیم خواهد شد. سپس قطر و طول ساختار هسته گردابه افزایش یافته و بخش های زیادی از مقطع عرضی درفت تیوب را تحت تاثیر قرار می دهد، طول این ساختار تا دیفیوزر درفت تیوب پیشروی خواهد داشت. ازاین رو، مشخص می شود که محل اصلی اثرگذاری مشعل، انتهای ناحیه مخروطی و ورودی زانویی درفت تیوب است. با بررسی نتایج عددی مشخص گردید با گذشت ۵/۱ تا ۲ ثانیه پس از شروع فرآیند گذار تغییرات چشمگیری در مولفه های سرعت دورانی، محوری و شعاعی به وجود خواهد آمد.

کلیدواژه ها:

توربین آبی ، فرآیند گذار نقاط کاری ، درفت تیوب ، بار بهینه ، بار بیشینه