طراحی هیدرودینامیکی و شبیه سازی عددی توربین محوری با ارتفاع بسیار کم

یکی از روش های جدید بهره برداری از انرژی آبی در رودخانه ها و کانال ها استفاده از نیروگاه های کوچک مجهز به توربین های محوری با ارتفاع بسیار کم می باشد. در این پژوهش روند طراحی و شبیه سازی عددی توربین با ارتفاع بسیار کم با توجه به اطلاعات نمونه ساخته شده، ارائه شده است. توربین صنعتی مورد مطالعه قادر به تولید توان۴۵۰ کیلووات در ارتفاع ۲.۶ متر است. برای تولید هندسه توربین، کد محاسباتی با استفاده از ترکیب نرم افزارهای متلب و ایکس فویل توسعه داده شده است. در روند حل، طراحی هیدرودینامیکی اولیه با توجه به معادله اویلر برای چرخ های آبی انجام شده است. در ادامه با توجه به روش کلاسیک طراحی توربوماشین های محوری و انتخاب هیدروفویل با ضریب برآی مناسب، اطلاعات نهایی هندسی برای مقاطع پره چرخ به دست آمده است. پس از انتقال هندسه و ایجاد شبکه بندی ساختاریافته در توربوگرید برای گسسته سازی معادلات حاکم، شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزار سی اف ایکس انجام شده است. نتایج شبیه سازی برای مجموعه توربین شامل چرخ و پره های راهنما در بازشدگی های مختلف پره های چرخ ارائه شده اند. همچنین نتایج مربوط به امکان وقوع کاویتاسیون در بازشدگی ها و دبی های مختلف بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از روش طراحی ارائه شده، راندمان هیدرولیکی را برای نقطه کاری در بازشدگی مبنای طراحی پره های چرخ به میزان حدود ۸۹ درصد رسانده است. از نظر کاویتاسیون، توربین طراحی شده تنها در دبی های بالای خارج از نقطه طراحی و در بازشدگی های مثبت پره های چرخ دچار کاویتاسیون لبه ورودی می شود و در نقطه طراحی مشکل کاویتاسیون وجود ندارد.

کلیدواژه ها:

Hydraulic Turbine ، Very Low Head ، Hydrofoil ، hydraulic efficiency ، Cavitation ، توربین آبی ، ارتفاع بسیار کم ، هیدروفویل ، راندمان هیدرولیکی ، کاویتاسیون