Υπολογιστική διερεύνηση και βελτιστοποίηση σχεδιασμού πτερωτής φυγοκεντρικής αντλίας για ανάστροφη λειτουργία υδροστροβίλου

Μπικαλιούκ, Ρομάν; Bykalyuk, Roman

dc.contributor.author	Μπικαλιούκ, Ρομάν	el
dc.contributor.author	Bykalyuk, Roman	en
dc.date.accessioned	2017-02-10T09:43:58Z
dc.date.available	2017-02-10T09:43:58Z
dc.date.issued	2017-02-10
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44317
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13777
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Πτερωτή	el
dc.subject	Ανάστροφη	el
dc.subject	Σχεδίαση	el
dc.subject	Υδροστρόβιλος	el
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Impeller	en
dc.subject	Reversible	en
dc.subject	Design	en
dc.subject	Turbine	en
dc.title	Υπολογιστική διερεύνηση και βελτιστοποίηση σχεδιασμού πτερωτής φυγοκεντρικής αντλίας για ανάστροφη λειτουργία υδροστροβίλου	el
dc.title	Numerical analysis and optimization of an impeller running in turbine mode	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπολογιστική ρευστομηχανική	el
heal.classification	Computational fluid dynamics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-10-31
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών του Ε.Μ.Π. και έχει ως θέμα την υπολογιστική διερεύνηση και βελτιστοποίηση του σχεδιασμού πτερωτής αντλίας γιά ανάστροφη λειτουργία της ως δρομέας υδροστροβίλου. Με τη βοήθεια εμπορικού λογισμικού υπολογιστικής ρευστομηχανικής (CFD) έγινε δυνατή η αριθμητική επίλυση της ροής και η χάραξη των χαρακτηριστικών καμπυλών λειτουργίας και του διαγράμματος του ενεργειακού βαθμού απόδοσης της πτερωτής μικρής φυγοκεντρικής αντλίας σε λειτουργία υδροστροβίλου. Το υπολογιστικό μοντέλο της πτερωτής/δρομέα δημιουργήθηκε με μία μέθοδο παραμετρικής σχεδίασης, που αναπτύχθηκε στο Εργαστήριο Υδροδυναμικών Μηχανών του Ε.Μ.Π. στα πλαίσια διδακτορικής διατριβής. Μετά τη διακριτοποίηση του τριδιάστατου υπολογιστικού χωρίου του δρομέα ακολουθεί η ανάλυση ευαισθησίας των παραμέτρων σχεδιασμού του, επιλύοντας τις Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) εξισώσεις της ροής σε ένα περιοδικά συμμετρικό τμήμα, μεταξύ δύο διαδοχικών πτερυγίων του δρομέα. Στόχος είναι η διερεύνηση της μεταβολής του ενεργειακού βαθμού απόδοσης του δρομέα για ένα έυρος τιμών δέκα σχεδιαστικών παραμέτρων, διατηρώντας τις στροφές λειτουργίας της μηχανής σταθερές. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν δυο πλήρεις βελτιστοποίησεις του σχεδιασμού του δρομέα, μία για λειτουργία αντλίας και μία για λειτουργία υδροστρόβιλου κάνοντας χρήση του λογισμικού EASY που αναπτύχθηκε στο Εργ. Θερμικών Στροβιλομηχανών του ΕΜΠ και είναι βασισμένο σε εξελικτικούς αλγόριθμους (EA). Με το πέρας των βελτιστοποιήσεων διαπιστώθηκε αισθητή αύξηση του υδραυλικού βαθμού απόδοσης της τάξης 1% για λειτουργία αντλίας και σημαντική αύξηση του ενεργειακού βαθμού απόδοσης της τάξης 3.2% για λειτουργία υδροστρόβιλου, στις αντίστοιχες ονομαστικές παροχές τους. Επίσης στην εργασία παρουσιάζονται και συγκρίνονται οι γεωμετρικές και λειτουργικές διαφορές μεταξύ αρχικής και βέλτιστης γεωμετρίας του πτερυγίου. Τέλος προκειμένου να δημιουργηθεί μία βέλτιστη πτερωτή/δρομέας που να λειτουργεί το 50% του χρόνου ως αντλία και 50% του χρόνου ως υδροστρόβιλος επιχειρήθηκε μία απλή και γρήγορη μέθοδος σχεδιασμού μέσω γραμμικής παρεμβολής των τιμών των παραμέτρων σχεδιασμού που προέκυψαν απο τις δύο αντίστοιχες βελτιστοποιήσεις. Τα πρώτα αποτελέσματα που προέκυψαν όμως δεν έδειξαν κάποια γραμμική συσχέτιση μεταξύ των σχεδιαστικών παραμέτρων και των χαρακτηριστικών καμπυλών του βαθμού απόδοσης της αναστρέψιμης μηχανής.	el
heal.abstract	The present Diploma Thesis was carried out at the School of Mechanical Engineering of the National Technical University of Athens and its objectives are the numerical analysis and optimization of an impeller running in turbine mode. With the use of a commercial computational fluid dynamics software (CFD), the numerical solution of the flow field became possible and the characteristic operation curves, as well as the map of the energy efficiency of the runner of a small centrifugal pump working in turbine mode were obtained .The computational model of the runner was created previously by using a particular method of parametric design which was developed in the Laboratory of Hydraulic Turbomachines at NTUA as part of a doctoral thesis. After the discretization of the three dimensional domain of the runner, a sensitivity analysis of the design parameters was conducted by solving the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) flow equations in a model which corresponds to a blade-to-blade passage. The aim is to investigate the dependence of the energy efficiency of the runner on ten design parameters, the values of which were varied in a prescribed range, while keeping the operating rotational speed constant. Subsequently, two complete design optimization procedures were carried out for the runner, one for pump mode and one for turbine mode operation using a software based on evolutionary algorithms (EASY), which was developed in the Laboratory of Thermal Turbomachines at NTUA. The results from the optimizations reveal an observable increase in hydraulic efficiency of around 1% for pump operation and a significant increase of the energy efficiency of around 3.2% for turbine operation at their respective nominal discharge points. The geometric and operational differences between initial and optimal geometry of the blade-to-blade domain are presented and compared. Finally in order to create an optimum impeller/runner that works 50% of the time as a pump and 50% of the time as a turbine, a simple and quick design method is attempted, by linear interpolation of the values of the design parameters obtained from the two respective optimizations. The first results that emerged however, show no linear correlation between the design parameters and characteristic curves of the efficiency of the reversible machine.	en
heal.advisorName	Αναγνωστόπουλος, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Αναγνωστόπουλος, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Παπαντώνης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Τσαγγάρης, Σωκράτης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Υδροδυναμικών Μηχανών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	175 σ.
heal.fullTextAvailability	true