CFD-analyse av løpehjul og sugerør i en Francis turbin

Abstract

Denne masteroppgaven evaluerer svingningene is sugerørsstrømingen til en Francis turbinved dellast. Bakgrunnen for dette studiet er delvis på grunn av verdens økende energibehov. Med varierende energipriser og vannivåer i magasinene opererer vannturbiner på varierende last. Operasjon ved fullast og dellast skaper trykkpulsasjoner i turbinen, hvor en av årsakene er ustabil strømning i sugerøret. Hovedmålet med denne oppgaven er å gjennomføre en CFD-analyse av løpehjulet og sugerøret i en Francis turbin ved dellast.Resultatene fra CFD-analysen stemmer godt overens med modelltesten gjennomført i Vannkraftlaboratoriet. Ved bestpunktet er sugerørsstrømingen symmetrisk og stabil både i CFD-analysen og i laboratoriet.Ved fullast er søgerørsstrømningne også symmetrisk og stabil, men det er et stort lavtrykksområde under løpehjulets boss. I laboratoriet kaviterte vannetpå grunn av det lave trykket. Ved dellast blir sugerørsstrømingen ustabil, og trykkpulsasjoner ble målt. En sugerørsvirvel formet som en korketrekker oppstod i sugerørskonusen i laboratoriet. CFD analysen er en-fase, uten mulighet for å kavitere, men en trykkoverflate viser en tilsvarende virvelform i sugerørskonusen.Frekvensen på trykkpulsasjonene målt ved dellast stemmer godt med den teoretiskefrekvensen ved det samme operasjonspunktet.