Verifisering av inntakshydraulikk i grunt inntaksmagasin for småkraftverk med bruk av CFD-verktøy

Abstract

I denne masteroppgaven har inntaksmagasinet til Juvfossen kraftverk, ved Stranda på Sunnmøre blitt modellert med CFD programmet STAR-CCM+. Modelleringen er gjort for å se om strømningsmønsteret i inntaksmagasinet kan gjenskapes, og om det er mulig å forutse driftsproblemer. Strømningsfeltet fra CFD modellen av inntaksmagasinet er sammenliknet mot feltmålinger for både 2,2 m3/s og 7,9 m3/sGeometrien til selve inntaksmagasinet har blitt skannet med en laserskanner. Geometrien til elven som renner inn i inntaksmagasinet er oppmålt til cirka 55 meter oppstrøms inntaksmagasinet med GPS punktmålinger. Demning og inntakskonstruksjon er tegnet i AutoCAD i 3D fra byggetegningene. Geometrien har blitt inndelt i flere forskjellige regioner for å kunne sette forskjellige grensebetingelser. Modellen har blitt kjørt med vann og luft med VOF til å beregne vannflaten, og kun med vann. Hvor robust modellen er, har blitt undersøkt ved at det har blitt kjørt med forskjellige innstillinger for ruhet, cellestørrelse, tidsskritt, 1. og 2. ordens diskretiserings skjema for tid, 1. og 2. ordens oppstrøms skjema og vannet har kommet inn i hele eller deler av modellen.Modellen som er kjørt med VOF klarte ikke å gjenskape strømningsforholdene, mens modellkjøringene som ble utført med kun vann klarte gjenskape hovedstrømningene i inntaksmagasinet relativ bra. Modellen er sensitiv for geometrien i elven oppstrøms, men er ikke spesielt sensitiv for parametere som ruhet, cellestørrelse osv. Modellen viser tydelig konsentrasjonen av hastigheten i inntaksmagasinet. Andre parametere som skjærspenning mot bunnen, TKE og virvlingstall, vil kunne gi nyttig informasjon om strømningsforholdene og gi en god pekepinn på om inntaket vil fungere som planlagt.