Αριθμητική ανάλυση και διερεύνηση της ροής στο σύστημα διανομής εργαστηριακού μοντελου υδροστροβίλου Pelton

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών Ε.Μ.Π. και ως αντικείμενο έχει την αριθμητική επίλυση της ροής σε σύστημα διανομής εργαστηριακού υδροστροβίλου Pelton με δύο ακροφύσια. Ο υδροστρόβιλος αυτός βρίσκεται στο Εργαστήριο Υδροδυναμικών Μηχανών της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών Ε.Μ.Π. και χρησιμοποιείται για τη διενέργεια πειραματικών μετρήσεων. Πρωταρχικός στόχος της εργασίας ήταν η αριθμητική επίλυση της ροής στη διάταξη του υδροστροβίλου με την χρήση του εμπορικού υπολογιστικού πακέτου Fluent®. Ο υπολογισμός της ροής έγινε για όλο το εύρος παροχών που δύναται να αξιοποιήσει ο εν λόγω υδροστρόβιλος, καθώς και για την περίπτωση λειτουργίας μόνο με το ένα ακροφύσιο ανοιχτό. Με βάση τα αποτελέσματα αυτά, υπολογίστηκαν οι απώλειες ενέργειας που εμφανίζονται κατά τη λειτουργία του υδροστροβίλου. Στην συνέχεια, έγινε τροποποίηση της γεωμετρίας του υδροστροβίλου με στόχο την μείωση των απωλειών ενέργειας αλλά και την καλύτερη ποιότητα της ροής κατά μήκος της διάταξης. Η διαδικασία αυτή οδήγησε στην ανεύρεση της καλύτερης – από τις εξεταζόμενες – γεωμετρίες η οποία εμφάνιζε τις μικρότερες απώλειες ενέργειας

The present diploma thesis was developed at the School of Mechanical Engineering of N.T.U.A and has as object of study the numerical solution of the flow through the distribution system of a laboratory Pelton hydro turbine with two nozzles. This hydro turbine is located in the Hydrodynamic Machines Laboratory of the School of Mechanical Engineering of N.T.U.A. and it is used in the conduct of experimental measurements. The primary objective of this study was the numerical solution of the flow through the distribution system of the hydro turbine using the commercial software package Fluent®. The numerical solution of the flow was conducted for the whole range of the mass flow that can be exploited by the hydro turbine, as well as for the case of operation using only one nozzle. Based on these results, the energy losses, that occur during the operation of the hydro turbine, were computed. What is more, modifications were made to the geometry of the hydro turbine in order to decrease the energy losses as well as to improve the quality of the flow through the system. This process has led to the determination of the best geometry – among those that were examined – that presented the least energy losses.