Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorSvingen, Bjørnar
dc.contributor.authorReines, Ane Følgesvold
dc.date.accessioned2020-06-17T16:00:33Z
dc.date.available2020-06-17T16:00:33Z
dc.date.issued2020
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11250/2658522
dc.description.abstractI denne masteroppgaven har en matematisk modell for vannkraftturbiner blitt analysert. Modellen er basert på en "grunnprinsipp"-tilnærming, hvilket gjør den fysisk korrekt og anvendbar for enhver turbin. Den ble utviklet for flere år siden, og er basert på Eulers turbinlikning og definisjonen på turbinens åpningsgrad. Modellen har senere blitt modifisert og forenklet, så vel som linearisert for implementering i simuleringsprogramvare. Basert på eksperimentelle turbindata har løpehjul blitt designet og modeller konstruert. Karakteristiske kurver ble plottet ved hjelp av likningene for å sammenligne simuleringer mot målinger. Det ble lagt vekt på hvordan modellen fanger opp energitap og predikerer turbinens virkningsgrad ved varierende driftsforhold. Analysen viste relativt god overensstemmelse for virkningsgrad som funksjon av rotasjonshastighet, mens virkningsgrad som funksjon av volumstrømning er overestimert. Likningene har problemer med å inkludere hydrauliske tap forårsaket av irreversible strømningsfenomener som friksjon, turbulens, virvling i sugerøret, osv. Med hensikt å forbedre denne svakheten, ble såkalte "incipient efficiency", kurver tilpasset målinger og implementert i modellen. De ble tilnærmet som en funksjon av volumstrømning, og kan i prinsippet også generaliseres med hensyn på turbinens fartstall. Fartstallet relaterer nominell volumstrøm, fallhøyde og rotasjonshastighet i én enkelt dimensjonsløs parameter. Overordnet mål er å forbedre modellens nøyaktighet uten å gå på bekostning av generalitet, samt at den skal forbli uavhengig av empiriske sammenhenger. Resultatene viste hvordan virkningsgradsdiagrammet endres av "incipient efficiency". Generelt er ytelsen godt predikert rundt virkningsgradstoppen, samt langs kurver for konstant optimal rotasjonshastighet eller åpningsgrad. Dette innebærer at modellen kan anvendes i stabilitets- eller kraftnettanalyse. For mer generell analyse av transienter, spesielt ved drift godt utenfor optimale forhold, ble det vist at ytterligere arbeid for å forbedre modellens nøyaktighet er nødvendig.
dc.description.abstractIn this master thesis, analysis of the performance of a mathematical hydro turbine model has been conducted. The model is based on a first principles approach, making it physically correct and applicable to any turbine. It was developed several years ago, and is based on Euler's turbine equation and the definition of turbine opening degree. It has later been modified and simplified, as well as linearized for implementation into simulation software. Based on experimental turbine data, runner wheels were designed and models constructed. Characteristic curves were plotted using the equations in order to compare model behaviour to measured behaviour. Attention was focused on how the model captures energy loss and predicts efficiency at different operating conditions. The analysis showed relatively good agreement of efficiency as a function of runner speed, but efficiency as a function of flow rate is overpredicted. The equations struggle to capture hydraulic losses caused by irreversible flow phenomena like friction, turbulence, swirl in draft tube, etc. With the intention to correct for this weakness, so-called "incipient efficiency", curves were fitted to measurements and implemented into the model. They were approximated as a function of flow rate, and can also be generalized with respect to turbine speed number. The speed number relates nominal flow, head and rotational speed in a single dimensionless parameter. The overall objective is to improve model accuracy without loss of generality, and for it to remain independent from empirical relations. The results showed how the hill shape in the performance diagram is altered by the incipient efficiency. In general, the behaviour is predicted well around the efficiency peak, and along the lines of constant nominal speed or opening degree. This implies that the model can be used in stability- or grid analysis. For more general transient analysis, especially for operation far away from optimal, further work to improve model accuracy was demonstrated to be necessary.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleAnalysis and improvement of a mathematical turbine model
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

Thumbnail
Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel