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Título : Estudio y simulación numérica de la cavitación inducida por los álabes directores de una turbina Francis con características similares a las de la central hidroeléctrica San Francisco
Autor : Macas Díaz, Jorge Ricardo
Palabras clave : DINÁMICA DE FLUIDOS
MECÁNICA DE FLUIDOS
TURBOMÁQUINAS
Fecha de publicación : 16-oct-2017
Editorial : Quito, 2017.
Citación : Macas Díaz, J. R. (2017). Estudio y simulación numérica de la cavitación inducida por los álabes directores de una turbina Francis con características similares a las de la central hidroeléctrica San Francisco. 78 hojas. Quito : EPN.
Resumen : The present technical to study and to simulate with numerical methods the cavitation induced by the guide vanes of a turbine kind Francis, it’s focusing on the characteristics of the hydroturbine of the San Francisco Hydropower. Initially a literature review of the phenomenon of cavitation and a camp study of the San Francisco Hydropower was carried out. For the study it was necessary, to access to operation conditions and turbine geometry. The methodology used was Computational Fluid Dynamics (CFD), to simulate the formation, growth and collapse of cavitation. In order to reduce the computational resource cost, the model has been simplified to a two-dimensional computational domain. In this study, the effect of the cavitating flow on the guide vane and the effect between the guide vane and the runner's blade have been studied. The numerical simulation was carried out using commercial software ANSYS FLUENT 18, and the structured mesh was obtained using ICEM CFD. The numerical study was performed using the Navier-Stokes equations; in a two-dimensional planar form, with RANS approximation and the turbulence model k-ω SST. The study was byphasic (liquid vapor) in its mixture module and using the Schnerr - Sauer and Zwart cavitation models. The analysis of results has been made by contour graphics, which show the phenomenon of cavitation in fraction of volume of steam. Finally, thanks to this numerical study, it has been possible to determine the places in which the cavitating flow effects with greater aggressiveness in the guide vanes and blades.
Descripción : El presente estudio técnico simula mediante métodos numéricos la cavitación inducida por los álabes directores de una turbina tipo Francis, enfocándose en las características de la turbina de la Hidroeléctrica San Francisco. Inicialmente se realizó una revisión bibliográfica del fenómeno de cavitación y un estudio de campo de la Hidroeléctrica San Francisco. Ha sido necesario acceder a información real de las condiciones de operación y geometría de la turbina de la central. La metodología que se utilizó fue la dinámica de fluidos computacional (CFD), mediante la cual se simula la formación, crecimiento y colapso de la cavitación. Para poder disminuir el costo de recurso computacional, se ha simplificado el modelo a un dominio computacional de dos dimensiones, en éste se ha estudiado tanto el efecto del flujo cavitativo en el álabe director, como también, el efecto entre el álabe directo y álabe del rodete de la turbina. La simulación numérica fue desarrollada mediante el software comercial ANSYS FLUENT 18, y la malla fue estructura en ICEM CFD. El estudio numérico se realizó mediante las ecuaciones de Navier-Stokes, de forma bi-dimensional plana, con aproximación RANS y el modelo de turbulencia k-ω SST. El estudio fue bifásico (líquido vapor) en su módulo de mezcla y utilizando los modelos de cavitación de Schnerr and Sauer y de Zwart-Gerber-Belamri. El análisis de resultados se lo ha realizado mediante gráficas de contorno, las cuales muestran el fenómeno de la cavitación en fracción de volumen de vapor. Finalmente, gracias a este estudio numérico se ha podido determinar las zonas en las cuales el flujo cavitativo afecta con mayor agresividad en los álabes.
URI : http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/18840
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