بررسي عددي و تجربي تاثير پارامترهاي فيزيكي و هندسي بر بازده ميكرو توربين آبي پلتون

Numerical andexperimental study of the effects of physical and the geometrical parameters on efficiency of a micro-pelton turbine

در مطالعه پيش رو ميكرو توربين آبي پلتوني با ابعاد بسيار كوچك مورد بررسي قرار گرفته است. اين ميكرو توربين براي توان 15 كيلو وات طراحي و ساخته شد و در استان خراسان رضوي مورد بهره برداري قرار گرفت. براي تحليل و بررسي كارايي و تاثير پارامتر هاي فيزيكي و هندسي، جريان عبوري از توربين با استفاده از نرم افزار تجاري انسيس سي اف ايكس 13 شبيه سازي و نتايج حاصل از شبيه سازي در نقطه كاري با نتايج تجربي مقايسه و اعتبار سنجي گرديد. با توجه به پيچيدگي شبيه سازي، حجم زياد محاسبات و همچنين متناوب بودن، به جاي شبيه سازي كل توربين قسمتي از آن كه شامل تعدادي از بشقابك ها مي باشد شبيه سازي شد. جريان به صورت سه بعدي و گذرا شبيه سازي شده و مدل توربولانسي تنش برشي انتقالي به كار رفته است. براي مدل كردن جريان دو فاز از مدل همگن سطح آزاد استاندارد استفاده شده است. در قسمت نتايج اثر مقدار دور بر روي بازده مورد بررسي قرار گرفت. همچنين تاثير پارامترهاي فيزيكي: دبي ، ارتفاع و پارامترهاي هندسي: فاصله نازل تا محور بشقابك ها، تعداد بشقابك با حفظ قطر گام و اندازه بشقابك، تعداد بشقابك با حفظ قطر گام و تغيير اندازه بشقابك و تعداد بشقابك با تغيير قطر گام و حفظ اندازه بشقابك بر روي عملكرد براي ميكرو توربين مورد نظر بررسي گرديد.

In the present paper a micro-pelton turbine with very small dimension has been studied. This micro turbine was designed for 15 kW output power and was utilized in Khorasan Razavi. To analyze and evaluate the efficiency and effectiveness of physical and geometrical parameters, the turbine flow was simulated using the commercial software Ansys CFX 13 and the simulation results of the performance point were compared and evaluated with experimental results. Because of complexity of simulation and heavy computation, instead of entire turbine, just a part of it containing several buckets was simulated. A 3D transient flow simulation was applied using the Shear Stress Transport turbulent model. In order to model two-phase flow, the standard homogeneous free surface model was employed. In the results the effect of rotating speed on the efficiency was investigated. Moreover, the effect of physical parameters: flow rate and head and geometric parameters: the distance from nozzle to the axis of buckets, the number of buckets in constant pitch circle diameter and constant bucket size, the number of buckets in constant pitch circle diameter and variable bucket size and the number of buckets in variable pitch circle diameter and constant bucket size on the performance of a micro-turbine was investigated.