CFD Numerical simulations of Francis turbines

En este artículo se aborda la simulación numérica del flujo en el interior de una turbina Francis. La metodología a seguir para la simulación del flujo en una turbina Francis depende de los objetivos perseguidos: mientras que para determinar la curva característica y las pérdidas de energía en los d...

Full description

Autores:
Laín Beatove, Santiago
García Ruíz, Manuel Julián
Quintero Arboleda, Brian
Orrego, Santiago
Tipo de recurso:
Article of journal
Fecha de publicación:
2010
Institución:
Universidad Autónoma de Occidente
Repositorio:
RED: Repositorio Educativo Digital UAO
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:red.uao.edu.co:10614/12084
Acceso en línea:
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Palabra clave:
Turbulence
Francis turbine
Steady and unsteady simulations
CFD
Turbulencia
Turbina Francis
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Derechos Reservados - Universidad dde Antioquia, 2010
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description En este artículo se aborda la simulación numérica del flujo en el interior de una turbina Francis. La metodología a seguir para la simulación del flujo en una turbina Francis depende de los objetivos perseguidos: mientras que para determinar la curva característica y las pérdidas de energía en los diferentes componentes basta una aproximación estacionaria, para investigar las interacciones rotor - estator o las fluctuaciones de presión en el rodete se requiere realizar un cálculo transitorio. Ambas estrategias se presentan en este artículo aplicadas a una turbina Francis en explotación en Colombia. La simulación se realiza por medio del paquete computacional Ansys CFX v. 11. Los resultados de la simulación comparan satisfactoriamente con las medidas experimentales realizadas sobre la máquina, especialmente en el caso de la curva característica
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La simulación se realiza por medio del paquete computacional Ansys CFX v. 11. Los resultados de la simulación comparan satisfactoriamente con las medidas experimentales realizadas sobre la máquina, especialmente en el caso de la curva característicaIn this paper the description of the internal flow in a Francis turbine is addressed from a numerical point of view. The simulation methodology depends on the objectives. On the one hand, steady simulations are able to provide the hill chart of the turbine and energetic losses in its components. On the other hand, unsteady simulations are required to investigate the fluctuating pressure dynamics and the rotor-stator interaction. Both strategies are applied in this paper to a working Francis turbine in Colombia. The employed CFD package is ANSYS-CFX v. 11. The obtained results are in good agreement with the in site experiments, especially for the characteristic curveapplication/pdf10 páginasspaUniversidad de AntioquiaRevista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia. Número 51, (febrero 2010); p.p. 24-33335124Laín Beatove, S., García, M., Quintero, B., Orrego, S. (2010). CFD Numerical simulations of Francis turbines. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia. 51, 24-33. http://red.uao.edu.co//handle/10614/12084Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia1. T. Iwase, K. Sugimura, R. Shimada. “Technique for designing forward curved blades fans using CFD and numerical optimization”. Proc. FEDSM2006, 2006 ASME Joint U.S. – European Fluids Engineering Summer Meeting. July 17-20 Miami (FL) USA. 2006. Paper FEDSM2006-98136.2. J. Wu, K. Shimmei, K. Tani, K. Niikura, J. Sato. ” CFD – based design optimization for hydro turbines”. ASME J. Fluids Eng. Vol. 129. 2007. pp. 159-168.3. H. Keck, M. Sick. “Thirty years of numerical flow simulation in hydraulic turbomachines”. Acta Mechanica. Vol. 201. 2008. pp. 211-229.4. Z. Qian, J. Yang, W. Huai. ”Numerical simulation and analysis of pressure pulsation in Francis hydraulic turbine with air admission”. J. Hydrodynamics. Vol. 19. 2007. pp. 467-472.5. T. C. Vu, W. Shyy. “Performance prediction by viscous flow analysis for Francis turbine runners”. ASME J. Fluids Eng. Vol 116. 1994. pp. 116-120.6. M. Sabourin, Y. Labrecque, V. Henau. “From components to complete turbine numerical simulation”. Proc. of 18th Symp. on Hydraulic Machinery and Cavitation. Valencia (Spain). 1996. pp. 248-256.7. A. Ruprecht, M. Heitele, T. Helmrich, P Faigle, W. Morser. “Numerical modelling of unsteady flow in a Francis turbine”. Proc. XIX IAHR Symp. on Hydraulic Machinery and Cavitation. Singapore. 1998. pp. 202-209.8. A. Ruprecht, M. Heitele, T. Helmrich, W. Moser, T. Aschenbrenner. “Numerical simulation of a complete Francis turbine including unsteady rotorestator interaction”. Proc. 20th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems. Charlotte. August 2000. pp. 1-8.9. F. R. Menter. “Zonal Two Equation k-ω Turbulence Models for Aerodynamic Flows”. AIAA 1994. Paper 93-2906.10. T. C. Vu, B. Nenneman, G. D. Ciocan, M. S. Iliescu, O. Braun, F. Avellan. “Experimental Study and Unsteady Simulation of the FLINDT Draft Tube Rotating Vortex Rope”. Proceedings of the Hydro 2004 Conference. Porto. Portugal. 2004. pp. 1-12.11. A. Zobeiri, J. L. Kueny, M. Farhat, F. Avellan. “Pump turbine rotor-stator interactions in generating mode: pressure fluctuations in distributor channel”. Proc. 23th IAHR symposium.Yokohama. 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