بررسی عملکرد یک توربین آبی کاپلان به کمک شبیه سازی عددی

توربین های آبی بزرگ مانند توربین های کاپلان از جمله ماشین های تولید قدرتی هستند که در روند طراحی و تحلیل عملکرد آن ها می توان از روش های دینامیک سیالات محاسباتی بهره برد. با توجه به پیچیدگی پدیده های جریان سیال در این ماشین ها و همچنین ابعاد بسیار بزرگ آن ها، معمولا برای طراحی این ماشین ها از مطالعات مدلی استفاده شده و سپس اطلاعات بدست آمده از اندازه گیری های تجربی بر روی مدل نسبت به تولید منحنی های عملکردی ماشین در ابعاد واقعی تحت عنوان نمودار هیل اقدام می گردد. در پایان نامه حاضر نسبت به بررسی قابلیت روش های عددی در پیش بینی برخی نقاط عملکردی یک توربین کاپلان در ابعاد واقعی اقدام شده است. ابتدا با اندازه گیری های انجام شده توسط دستگاه ایتوس پروفیل دقیق پره های راهنما و رانر توربین در سایز واقعی اقدام و سپس با افزودن بخش های مختلف مانند کانال آب بالادست، کانال حلزونی و لوله تخلیه مدل توربین، کامل شده و در نرم افزار گمبیت شبکه بندی شده است. جریان توربولان سه بعدی توسط نرم افزار فلوئنت در داخل توربین شبیه سازی شده است. با انجام شبیه سازی های عددی برای میزان باز شدگی مختلف برای پره های راهنما و همچنین زوایای مختلف پره های رانر، توزیع سرعت و فشار در نقاط مختلف میدان جریان استخراج و سپس مقادیر هد و گشتاور تولیدی بر روی رانر در هر یک از نقاط و شرایط مورد بررسی بدست آمده-اند. از طرف دیگر از تعمیم نقاط نظیر در هیل چارت مدل، نتایج برای پروتوتایپ بدست آمده و با مقادیر عددی بدست آمده مقایسه شده اند. نتایج حاصل از این مطالعه حاکی از روند درست پیش بینی اطلاعات مربوط به نقاط مورد بررسی هیل چارت توربین اصلی می باشد. این امر نشانگر قابلیت های مناسب روش های دینامیک سیالات محاسباتی جهت توسعه هیل چارت توربین های آبی در سایز اصلی آنها می باشد. نتایج عددی به صورت توزیع سرعت و فشار در برخی مقاطع مهم از میدان محاسباتی ارائه و به بحث گذاشته شده اند. همچنین اثر پارامتر های مختلف عملکردی بر گشتاور تولیدی توسط توربین به صورت منحنی های مجزا در متن پایان نامه ارائه شده اند.