تحليل اكسرژي و عملكرد آيروديناميكي توربين ولز در نزديكي واماندگي

Analyzing the exergy and aerodynamic performance of Wells turbine near stall

اين مطالعه، يك تحليل قانون دوم از جريان همدماي عبوري از يك توربين ولز را ارائه مي‌دهد. محاسبات عددي با حل معادلات ناوير-استوكس رينولدز متوسط پايا، تراكم‌ناپذير و سه‌بعدي با مدل آشفتگي اسپالارت-آلماراس در كد اوپن‌فوم انجام شده‌اند. به منظور راستي‌آزمايي حلگر اوپن‌فوم، مقدار گشتاور بي‌بعد شده با داده‌هاي تجربي و عددي موجود در طيف گسترده‌اي از ضرايب جريان، مقايسه شده است. مشاهده شد كه نتايج شبيه‌سازي حاضر مطابقت بسيار خوبي با داده‌هاي تجربي دارد. سپس نرخ توليد انتروپي محلي مربوط به اتلاف ويسكوزيته در اطراف پره‌هاي روتور به كد عددي اضافه شده و با ساير برگشت‌ناپذيري‌ها براي محاسبه راندمان اكسرژي جمع شده است. نتايج نشان دادند كه جدايش و تعامل بين لايه‌هاي مرزي هاب و پره اثر مستقيمي بر توليد انتروپي و در نتيجه راندمان دارد. با در نظر گرفتن ترم اتلاف ويسكوزيته راندمان اكسرژي حدود 90% كاهش مي‌يابد.

This study offers a second law analysis of the isothermal flow through a Wells turbine. Numerical computations are carried out in OpenFOAM by solving steady, incompressible and three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with Spalart-Allmaras turbulence model. To verification of the OpenFOAM solver, the amount of dimensionless torque is compared with the experimental and numerical data available in a wide range of flow coefficients. It is observed that the results of the present simulation have good agreement with experimental data. Then local entropy generation rates due to viscous dissipation around the rotor blades are added to numerical code and accumulated with other irreversibilities to calculate the exergy efficiency. The results show that separation and interaction between boundary layers of the hub and the blade have a direct effect on the entropy generation and thus efficiency. Exergy efficiency decreases about 90% with considering the viscous dissipation term.