بررسی عددی تاثیر تغییرات هندسی پره های رانر یک توربین فرانسیس در عملکرد هیدرودینامیکی آن

طراحی و ساخت رانر توربین های فرانسیس که در نیروگاههای آبی کاربرد بسیار دارند، دارای پیچیدگیهای تکنیکی ویژه ای میباشد. خصوصاً ساخت پره های رانر که دارای سطوح سه بعدی پیچیده ای هستند، از حساسیت ویژه ای برخوردار است. از جمله مسایل مهم در این زمینه آگاهی از حساسیت عملکرد هیدرودینامیکی رانر به مشخصات هندسی و ابعاد پره ها میباشد. در تحقیق حاضر، به عنوان نمونه یک مدل کامپیوتری از رانر ساخته شده برای نیروگاه آبی سد دز ساخت نمونه رانر توسط شرکت مهندسی سایا انجام پذیرفته است استفاده شده و بدین وسیله یک بستر نرم افزاری با استفاده از نرم افزار فلوینت، برای شبیه سازی جریان سیال در رانر توربین های فرانسیس ایجاد شده است. در این پایان نامه نتایج شبیه سازی ها و محاسبات اولیه انجام شده به منظور تدوین و تنظیم پارامترهای نرم افزار ارایه شده اند. همچنین اثر شرایط مرزی، شبکه ی عددی، هندسه لوله ی خروجی و سایر تنظیماتی که به صورت دلخواه توسط کاربر میتوانند در انجام یک شبیه سازی عددی انتخاب شده و تغییر یابند، به صورت سیستماتیک بررسی شده و نتایج آنها ارایه شده اند. بررسی نتایج تحقیقات به عمل آمده و انجام آزمایشهای عددی، منجر به تدوین یک مدل مبنا به همراه شرایط مرزی و تنظیمات نرم افزاری برای انجام شبیه سازی جریان در رانر توربین فرانسیس شده است. بر اساس مشاهدات تجربی و بررسی ابعادی پره های ساخته شده برای رانر توربین سد دز، مدلهای هندسی متنوعی به صورت نرم افزاری ایجاد شده اند. هر یک از این مدلها با اعمال یک تغییر هندسی در ابعاد پره ی رانر ایجاد شده اند. مشخصات این مدلها و چگونگی ساخت آنها نیز در این پایان نامه ارایه شده اند. همچنین نتایج بدست آمده از شبیه سازی عددی جریان سیال در مدلهای مختلف هندسی ارایه شده و مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته اند. برای سنجش عملکرد هیدرودینامیکی رانر، چند پارامتر مهم نظیر دبی حجمی، گشتاور وارد بر پره ها و نهایتاً بازده رانر، تعریف شده و نتایج بدست آمده برای این پارامترها برای مدلهای مختلف هندسی ارایه و با یکدیگر مقایسه شده اند. بررسی این نتایج نشان می دهد که افزایش یکنواخت ضخامت پره ها و افزایش زبری سطوح رانر بیشترین اثر را بر روی پارامترهای سنجش عملکرد رانر داشته و باعث کاهش محسوس بازده رانر می شوند. این در حالی است که تغییرات هندسی دیگر نظیر تغییر اندازه درز جوش، تغییر ضخامت موضعی پره در نزدیکی لبه های ورودی و خروجی و همچنین وجود اعوجاج در سطح پره در محدوده تغییرات ابعاد هندسی بررسی شده، عملاً تغییر جدی و معنی داری در مشخصه های سنجش عملکرد هیدرودینامیکی رانر ایجاد نمی نمایند. جهت بررسی تاثیر این تغییرات 31 مدل گوناگون ساخته شده و مورد تحلیل قرار گرفت. در پایان این پایان نامه مدل کاملی از رانر توربین با 17 پره ساخته شده که شامل ناحیه ورود جریان سیال و نیز لوله خروجی می باشد. نتایج حاصل از این مدل 17 پره ای نشان داده که مدل یکهفدهم مورد استفاده در شبیه سازی تحقیق حاصل انطباق بسیار خوبی با مدل کامل دارد. بدلیل مشکلات احتمالی در فرآیند ساخت پره های توربین احتمال پیدایش چند تغییر احتمالی بصورت همزمان وجود دارد که این موضوع در این پایان نامه مورد بررسی قرار گرفته است.