Skip to main content
SUPERVISOR
AliAkbar AlemRajabi,Mahmud Ashrafizadeh
علی اکبر عالم رجبی (استاد مشاور) محمود اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Behrouz Mehranfar
بهروز مهران فر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1384

TITLE

Numerical analysis to take the effect of geometry variation on the hydrodynamic in the runner of Francis turbine،efficiency
Designing and producing the runner of Francis turbines which are employed extensively in hydroelectric power stations demands technical considerations and because of their complexities to make the blades of the runners which have complex three-dimensional surfaces is a very subtle activity. One of the important issues in this respect is to pay close attention to the hydrodynamic functions of the runner and its dependence upon the size and geometrical features of the blades. The present study considers the computer model of a runner made for the water power station of Dez dam which was made by Saya engineering company. This model serves for the production of a software environment employing fluent to simulate the fluid movement in the runner of Francis turbines. In this dissertation the results and primary calculations for simulation and for the sake of producing and arranging the software parameter. At the same time, the effect of the boundary conditions, the numerical mesh, the geometry of the output pipe which are all subject to the users choice have been systematically investigated and their results have been presented. Investigating the results of the conducted researches and performing numerical experiments have led to the production of a basic model with boundary conditions and software setup for simulating the flow in the runner of the Francis turbine. Based on empirical observations and investigations made on the dimensions of the blades constructed for the runner of Dez dam, various geometrical models have been produced in software. Each of these models has been made through producing a change in the dimensions of the blades of the runner. The features of theses models and their runners of production have been presented in this dissertation. Furthermore, the results obtained from numerical simulations of fluid flows in different geometrical models have been presented and analyzed. To investigate the hydrodynamic functions of the runner a few important parameters such as fluid flow, the torque exerted on the blades and finally the output power of the runner have been defined and the results obtained for these parameters have been presented and compared with one another. The investigation of the results reveals that the consistent increase in the width of the blades and the increase in the roughness of the surfaces of the runner would exert greater influence on the function of the runner and would make a noticeable decrease in the output of the runner. However, other geometrical changes such as the size of the welding seam, the temporary change in the width of the blade near the inlet and outlet edges and the existence of obliqueness on the surface of the blade in the domain of the investigated geometrical dimensions would not make any serious and significant changes in the hydrodynamic functions of the runner.
طراحی و ساخت رانر توربین‌های فرانسیس که در نیروگاههای آبی کاربرد بسیار دارند، دارای پیچیدگیهای تکنیکی ویژه‌ای میباشد. خصوصاً ساخت پره‌های رانر که دارای سطوح سه بعدی پیچیده‌ای هستند، از حساسیت ویژه‌ای برخوردار است. از جمله مسائل مهم در این زمینه آگاهی از حساسیت عملکرد هیدرودینامیکی رانر به مشخصات هندسی و ابعاد پره‌ها 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 نرم‌افزاری با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت، برای شبیه‌سازی جریان سیال در رانر توربین های فرانسیس ایجاد شده است. در این پایان نامه نتایج شبیه‌سازی ها و محاسبات اولیه انجام شده به منظور تدوین و تنظیم پارامترهای نرم افزار ارائه شده‌اند. همچنین اثر شرایط مرزی، شبکه‌ی عددی، هندسه لوله‌ی خروجی و سایر تنظیماتی که به صورت دلخواه توسط کاربر میتوانند در انجام یک شبیه‌سازی عددی انتخاب شده و تغییر یابند، به صورت سیستماتیک بررسی شده و نتایج آنها ارائه شده‌اند. 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 شبیه‌سازی جریان در رانر توربین فرانسیس شده است. بر اساس مشاهدات تجربی و بررسی ابعادی پره‌های ساخته شده برای رانر توربین سد دز، مدلهای هندسی متنوعی به صورت نرم‌افزاری ایجاد شده‌اند. هر یک از این مدلها با اعمال یک تغییر هندسی در ابعاد پره‌ی رانر ایجاد شده‌اند. مشخصات این مدلها و چگونگی ساخت آنها نیز در این پایان نامه ارائه شده‌اند. همچنین نتایج بدست آمده از شبیه سازی عددی جریان سیال در مدلهای مختلف هندسی ارائه شده و مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته‌اند. برای سنجش عملکرد هیدرودینامیکی رانر، چند پارامتر مهم نظیر دبی حجمی، گشتاور وارد بر پره‌ها و نهایتاً بازده رانر، تعریف شده و نتایج بدست آمده برای این پارامترها برای مدلهای مختلف هندسی ارائه و با یکدیگر مقایسه شده‌اند. بررسی این نتایج نشان می‌دهد که افزایش یکنواخت ضخامت پره‌ها و افزایش زبری سطوح رانر بیشترین اثر را بر روی پارامترهای سنجش عملکرد رانر داشته و باعث کاهش محسوس بازده رانر می‌شوند. این در حالی است که تغییرات هندسی دیگر نظیر تغییر اندازه درز جوش، تغییر ضخامت موضعی پره در نزدیکی لبه‌های ورودی و خروجی و همچنین وجود اعوجاج در سطح پره در محدوده تغییرات ابعاد هندسی بررسی شده، عملاً تغییر جدی و معنی داری در مشخصه‌های سنجش عملکرد هیدرودینامیکی رانر ایجاد نمی‌نمایند. 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.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی