Διερεύνηση της επίδρασης γεωμετρικών παραμέτρων του πτερυγίου στα λειτουργικά χαρακτηριστικά αεροστροβίλου Wells

Μόσχος, Στέφανος; Moschos, Stefanos

dc.contributor.author	Μόσχος, Στέφανος	el
dc.contributor.author	Moschos, Stefanos	en
dc.date.accessioned	2017-09-01T09:25:12Z
dc.date.issued	2017-09-01
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45459
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14111
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	Αεροστρόβιλοι	el
dc.subject	Πτερύγια	el
dc.subject	Wells	en
dc.title	Διερεύνηση της επίδρασης γεωμετρικών παραμέτρων του πτερυγίου στα λειτουργικά χαρακτηριστικά αεροστροβίλου Wells	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Investigation of the effect of geometric parameters of the blades on the performance characteristics of Wells turbines	en
heal.classification	Υδροδυναμικές μηχανές	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/ac31ab871373cd285ff16d1376b2007fea31b793
heal.dateAvailable	2018-08-31T21:00:00Z
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-07-14
heal.abstract	Μεγάλη ανάγκη έχει προκύψει τις τελευταίες δεκαετίες για την εξεύρεση νέων και πιο φιλικών προς το περιβάλλον πηγών ενέργειας. Μια από τις πιο διαδεδομένες πηγές ενέργειας είναι αυτή που προσφέρεται μέσα από το κυματικό δυναμικό. Για την συγκεκριμένη πηγή ενέργειας το ενδιαφέρον είναι ακόμα ερευνητικό με την κατασκευή πιλοτικών σταθμών. Η τεχνολογία δεν έχει καταφέρει να φτάσει ακόμα στα επίπεδα εκείνα για να μπορεί να γίνει εμπορική η χρήση της. Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία για την εκμετάλλευση της κυματικής ενέργειας είναι η ταλαντευόμενη στήλη ύδατος ( Oscillating Water Column) με χρήση υδροστροβίλου Wells. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται σχεδιασμός μίας μηχανής Wells για λειτουργία σε ένα δεδομένο σημείο λειτουργίας πίεσης και παροχής αέρα. Η μηχανής που εξετάστηκε είχε διάμετρο 5.10 m και η μελέτη έγινε για παροχή αέρα Q=256.22 m2/sec ,πτώση πίεσης DP=1200 Pa και ταχύτητα περιστροφής ω=350 rpm . Στην συνέχεια πραγματοποιείται μελέτη και ανάλυση της συμπεριφοράς της ροής που διέρχεται μέσα από την μηχανή χρησιμοποιώντας εμπορικό λογισμικό υπολογιστικής ρευστοδυναμικής Ansys Fluent. Εν τέλει γίνεται μελέτη της επίδρασης των γεωμετρικών χαρακτηριστικών που επιδρούν στην απόδοση της μηχανής. Στο κεφάλαιο 1 αναλύεται η έννοια της κυματικής ενέργειας και του κυματικού δυναμικού με έμφαση την ύπαρξή του στην Ελλάδα. Επίσης γίνεται παρουσίαση των συσκευών εκμετάλλευσης της κυματικής ενέργειας μέσω παραδειγμάτων και μίας σύντομης ιστορικής αναδρομής. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται μία ανάλυση στην κυματική θεωρία και τα βασικά χαρακτηριστικά αυτής. Έμφαση δίνεται στην γραμμική θεωρία των κυμάτων (θεωρία του Airy) και στις πηγές προέλευσης αυτών. Στο κεφαλαίου 3 γίνεται η εισαγωγή στην υπολογιστική ρευστομηχανική και αναλύονται οι βασικές εξισώσεις που την διέπουν καθώς και οι μέθοδοι επίλυσης αυτών. Στην συνέχεια γίνεται εκτενής αναφορά στις μεθόδους διακριτοποίησης των ροϊκών εξισώσεων καθώς και του χώρου (πλέγμα) επίλυσης αυτών. Έπειτα γίνεται η κατηγοριοποίηση και η περιγραφή των αλγορίθμων επίλυσης των εξισώσεων Navier – Stokes που περιγράφουν την ροή, καθώς και ανάλυση των μοντέλων τύρβης και των ροϊκών συνθηκών του προβλήματος. Στο κεφάλαιο 4 αναλύονται εκτενέστερα οι μηχανές τύπου Wells και το σύνολο των χαρακτηριστικών λειτουργίας τους. Περιγράφονται οι διάφοροι τύποι υδροστροβίλων καθώς και οι παράγοντες που επιδρούν στην απόδοσή τους. Το κεφάλαιο 5 αφορά την διαδικασία της μοντελοποίησης του προβλήματος με βάση το επιθυμητό σημείο λειτουργίας της μηχανής. Αναλύεται διεξοδικά η διαδικασία της ανεξαρτησίας του πλέγματος (mesh independence) για την επιλογή του κατάλληλο δομημένου πλέγματος επίλυσης των εξισώσεων της ροής. Στο κεφάλαιο 6 πραγματοποιείται ανάλυση της σημασίας του συντελεστή απόσβεσης (Damping Coefficient) για την λειτουργία της μηχανής Wells σε διαφορετικές συνθήκες και ταχύτητες περιστροφής. Τέλος στο κεφάλαιο 7 μελετάται εκτενώς η επίδραση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών της χορδής και του πάχους του πτερυγίου στην συνολική λειτουργία και απόδοση της μηχανής. Τα αποτελέσματα της διαδικασίας αυτής παρουσιάζονται μέσω διαγραμμάτων αλλά και σχημάτων προκειμένου ο αναγνώστης να κατανοήσει καλύτερα την εξέλιξη της ροής.	el
heal.abstract	During the last decades, a great need for finding new, renewable and environmentally friendly sources of energy has arisen. One of the most popular sources of energy, is the one generated via ocean waves. For this particular source of energy, interest still lays in the experimental field through the construction of pilot stations. Technology hasn’t yet reached the appropriate level to enable commercial use of the energy of waves. The most widely used technology for the exploitation of wave energy, is the Oscillating Water Column (O.W.C) with the use of a Wells turbine. Present thesis deals with the design of a small-scale Wells turbine operating under specific values of pressure drop and air flow. The turbine investigated had a diameter of 5.10 m and an air flow of Q=256.22 m2/sec, a pressure drop of DP=1200Pa and a rotational velocity equal to ω=350rpm. Following the design of the turbine, the behavior of the air flow was analyzed using Ansys Fluent commercial software of computational fluid dynamics. Finally, the effect of geometrical parameters of the blades affecting the performance of the Wells turbine were examined. In chapter 1 the meaning of wave energy and wave potential are analyzed with emphasis on their availability in Greece. Moreover, machines for the exploitation of wave energy are presented through examples and a short historic review. Wave theory and its basic characteristics are analyzed in chapter 2, with special emphasis on Airy’s linear theory of waves. The sources of waves are also examined. Chapter 3 contains an introduction to computational fluid dynamics as well as an analysis of the governing basic equations and their solution methods. Furthermore, a thorough analysis is presented of both the discretization methods of the equations of fluids and of the computational domain (mesh) used. Subsequently, the algorithms used for the solving of the Navier–Stokes equations describing the flow, are categorized and described, followed by an analysis of the turbulence models used and the fluid parameters adopted. Wells type turbines are thoroughly examined in chapter 4 including their operational characteristics. Different types of turbines are described in conjunction with the parameters affecting their efficiency. Chapter 5 presents the procedure followed for the modulation of the blade’s domain, in order to select the appropriate structured mesh for the case in hand. In chapter 6 the importance of the Damping Coefficient in the operation of the Wells turbine is examined under multiple conditions and variable rotational speeds. Chapter 7 contains the presentation of the results obtained and their effects on the operation and efficiency rate of the Wells turbine for variable geometrical characteristics of the blades (chord and width). Subject results are presented through diagrams and pictures facilitating a better understanding of the air flow navigating through the turbine.	en
heal.advisorName	Παπαντώνης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Παπαντώνης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Μαθιουλάκης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Αναγνωστόπουλος, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Υδροδυναμικών Μηχανών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	140 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true