Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT Simuliranje strujanja kroz cijelu Francis-ovu turbinu primjenom FLUENT-a Čarija Zoran dipl.ing. prof.dr.sc.Zoran Mrša dipl.ing.

Postojeća Francis-ova turbina Karakteristike: - snaga ~16 MW - brzina vrtnje 428.7 min-1 - protok 11-17 m3/s - geometrija - spirala ulaz Din = 1.5 m - rotor Din/Dout = 1.6 / 1.4 m - broj lopatica - statorskih 10 - regulacijskih 20 - rotorskih 15

Cilj Istražiti mogućnost povećanja snage turbine promjenom postojeće geometrije: - statorskih lopatica - regulacijskih lopatica - rotora

Alat - Gambit 2.0.x - Fluent 6.0.x - optimizacijski paket

Simuliranje strujanja kroz turbinu - pred procesuiranje tj. izrada mreže (Gambit) - rješavanje sustava jednadžbi (Fluent) - post procesuiranje i vizualizacija (Fluent)

- prostor statorskih lopatica - prostor regulacijskih lopatica - rotor Gambit Dekompozicija domene - spirala - prostor statorskih lopatica - prostor regulacijskih lopatica - rotor - difuzor

Radi bolje vizaulizacije sljedeći slajdovi sadrže veoma grube mreže (loš y+). Takve mreže nisu korištene za računanje.

Gambit -spirala

Gambit -prostor između dvije statorske lopatice 

Gambit - statorske lopatice

Gambit -prostor između dvije regulacijske lopatice 

Gambit - regulacijske lopatice

Gambit -prostor između dvije rotorske lopatice 

Gambit -rotorske Rotor ulaz

Gambit -difuzor

Gambit -parametarsko modeliranje

- parametarsko modeliranje - IF blokovi Gambit – Zaključak Prednosti - parametarsko modeliranje - IF blokovi - DO petlje (periodičke domene) - konstante, funkcije i izrazi - Fluent-ov predprocesor !!

Fluent - model Stacionarno strujanje Segregated rješavač Multiple reference frame (MRF) model Standardni k-ε model turbulencije Grid interface (nonconformal meshes) Granični uvjeti - velocity inlet (spirala ulaz) - outflow (izlaz difuzor)

Zašto potpuno simuliranje? Raspodjela protoka kroz statorske lopatice

Fluent - domene Vrijeme računanja - 16 sati (250 iteracija) 200000 čelija 500000 čelija 1400000 čelija 2300000 čelija - spirala 120000 čelija - statorske lopatice 350000 čelija - regulacijeske lopatice 500000 čelija - rotor 1300000 čelija - difuzor 120000 čelija Vrijeme računanja - 16 sati (250 iteracija)

U nastavku,. x=0. predstavlja ISO-Surface, x=0. y=0 U nastavku, x=0 predstavlja ISO-Surface, x=0 y=0 predstavlja ISO-Surface, y=0 z=0 predstavlja ISO-Surface, z=0

Fluent – Grid Outline

Fluent – Grid All

Fluent – Grid, z=0, Outline

Fluent – Grid, z=0

Fluent – Grid, z=0

Fluent – vektori brzina, z=0

Fluent – vektori brzina, z=0

Fluent – vektori relativnih brzina, z=0

Fluent – vektori relativnih brzina, z=0

Fluent – konture brzina, z=0

Fluent – konture brzina x=0, y=0

Fluent – konture totalnog tlaka x=0, y=0

Fluent – konture totalnog tlaka z=0

Fluent – konture statičkog tlaka

Fluent – konture statičkog tlaka, rotor

Fluent – konture statičkog tlaka + vektori brzina

Fluent – konture statičkog tlaka + vektori brzina

Fluent – konture statičkog tlaka + vektori brzina

Fluent – putanje (spirala+sl+rl)

Fluent – putanje (rotor+difuzor)

Fluent – putanje (rotor+difuzor)