Močno vezane računalniške simulacije s tokom gnane Darrieusove turbine : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2014

Darrieusova turbina   Disertacije   hidrokinetične turbine   metoda končnih elementov   močno vezane simulacije   računalniška dinamika tekočin   Računalniška simulacija   Vodne turbine

Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo

Za pridobivanje energije iz vodotokov se v zadnjem času uporabljajo tudi turbine, ki so postavljene prosto v tok in predstavljajo bistveno manjši poseg v prostor kot običajne elektrarne. Postopki za preračun zmogljivosti tovrstnih turbin temeljijo na različnih aerodinamičnih modelih, medtem ko so se metode računalniške dinamike tekočin na tem področju pričele uporabljati šele pred kratkim. Tudi slednje se izvajajo z vnaprej predpisanimi parametri, ki predstavljajo predvideno ustaljeno obratovanje turbine. Za določanje obratovalne karakteristike je tako potrebno več simulacij pri različnih obratovalnih parametrih. Za poglobljeno razumevanje delovanja teh turbin so bili razviti novi pristopi računalniških simulacij, ki zajemajo pristop s tokom gnane turbine, kar predstavlja bistveno bolj realne pogoje v simulaciji. S tem pristopom je mogoče z eno simulacijo napovedati celotno obratovalno karakteristiko za določeno hitrost toka. S takšnim pristopom so bile izvedene parametrične simulacije geometrijskih parametrov turbine. Lopatice tovrstnih turbin, posebej pri namestitvi z vodoravno osjo vrtenja, predstavljajo dolge in vitke strukture, ki so med obratovanjem izpostavljene vodnemu toku. Ta vpliva na njihovo deformacijo, slednja pa na obtekanje lopatice. Posledica tega so spremembe v zmogljivostih turbine. Z uporabo kombinacije pristopa s tokom gnane turbine in močno vezanih simulacij medsebojnega vpliva tekočine in strukture je mogoče ovrednotiti vpliv deformacije lopatic na zmogljivosti turbine. Zato je bila razvita programska rutina, ki omogoča hkratno uporabo pristopa s tokom gnane turbine in močno vezanih simulacij. Za validacijo na novo razvitih postopkov simulacije je bil izveden eksperiment s pomanjšanim modelom turbine na naravnem vodotoku, pri katerem so bili izmerjeni povesi lopatice med obratovanjem turbine. Rezultati eksperimenta in simulacij so pokazali dobro ujemanje. Primerjava rezultatov simulacij izvedenih z uveljavljenimi postopki in na novo razvitimi pristopi je pokazala na znatne razlike v delovanju turbine, zato je smiseln nadaljnji razvoj in uporaba na novo razvitih pristopov.

08.08.2023