طراحي و بهينه‌سازي توربين با هد بسيار كم(VLH) با روش"CST"

Design and optimization of the very low head turbine by the “CST” method

امروزه استفاده از از انرژي برق- آبي در جهان به عنوان يك منبع انرژي تجديدپذير بطور چشم‌گيري گسترش يافته است. يكي از روش‌هاي استحصال اين انرژي استفاده از توربين‌هاي محوري با هد خيلي كم در رودخانه‌ها مي‌باشد. در اين تحقيق، طراحي و بهينه‌سازي يك توربين آبي محوري با هد خيلي كم ( 2.9 متر) انجام شده است. گام اول در بهينه‌سازي توربين، توليد هندسه اوليه مناسب مي‌باشد. براي اين منظور از روش طراحي يك بعدي مبتني بر قانون اويلر استفاده شده است. پيشرفت الگوريتم‌هاي محاسباتي در طراحي و تخمين عملكرد توربين‌هاي آبي نقش بسزايي داشته است. در اين تحقيق شبكه توسط قسمت مش نرم افزار انسيس ايجاد و سپس ميدان سيال با حل سه بعدي معادلات ناوير- استوكس در سي. اف. ايكس براي رانر شبيه‌سازي شده است. بهينه‌سازي اين هندسه با بهينه‌ كردن نسبت ضريب برا به پسا براي مقاطع مختلف پره به دست مي‌آيد. از روش سي. اس. تي جهت پارامترسازي و از نرم افزار ايكس-فويل براي استخراج مشخصه‌هاي جرياني ايرفويل استقاده شده است. سپس ضرايب ايرفويل با كمينه كردن نسبت پسا به برا توسط الگوريتم اف. مين. سرچ نرم افزار متلب اصلاح شده‌اند. نتايج نشان مي‌دهد كه راندمان در نقطه كاري در هندسه بهينه شده حدود 2.4 درصد افزايش يافته است.

Nowadays utilization of hydroelectric power as renewable energy source is developed in the world. Using very low head axial turbines in rivers is one of the ways to obtain this energy. In this research, design and optimization of an axial hydraulic turbine with very low head(2.9m) was done. The first step in the optimization of turbine is generation of a suitable initial geometry. For this purpose one dimensional design approach based on Euler law was used. Development of computation algorithms is very efficient and suitable in hydraulic turbine design and performance investigation. In this research mesh was generated with mesh-ANSYS software and then the default domain was simulated by solving the 3-D Navier Stokes equations through the runner passages in the CFX software. Optimized geometry is obtained by optimization of Drag to Lift coefficient ratio for different blade midspans. For parameterization of airfoils, the “CST” method and for extraction of flow characteristics of airfoils XFOIL software were utilized. Then airfoil coefficients were corrected using fminsearch algorithm in MATLAB software to minimize the Drag to Lift ratio . The results show that the efficiency in design point is increased by 2.4%.