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Title: Estudio de mallado estructurado 3D rotativo en OpenFOAM para aplicaciones en turbinas tipo Francis
Authors: Velasco Betancourt, Martin Ricardo
Keywords: ALGORITMO
MALLA ESTRUCTURADA
TURBULENCIA
Issue Date: 8-Jun-2020
Publisher: Quito, 2020.
Citation: Velasco Betancourt, M. R. (2020). Estudio de mallado estructurado 3D rotativo en OpenFOAM para aplicaciones en turbinas tipo Francis. 93 hojas. Quito : EPN.
Abstract: The development of a methodology to study Francis turbines using the open source CFD software OpenFOAM along with a multiple reference frame and a structured moving mesh for steady and unsteady state cases respectively, was carried out in this research work. OpenFOAM offers clear advantages over others CFD packages, such as a better parallel calculation process, low cost, better control of simulation parameters and optimization of computational resources. The structured mesh used was obtained from previous studies, nevertheless, some modifications were done due to the presence of imbalance points in the numerical simulation. Two types of numerical simulations were performed together with turbulence models k-ε and k-ω SST, first using the SIMPLE algorithm for steady state cases, and the PISO + SIMPLE (PIMPLE) algorithm for unsteady state cases. The results obtained for the steady state simulations reproduce the phenomenon with a great approximation. Ten different operating points were studied in the steady state simulations, obtaining an error of 5.02% for the power when using the maximum value of flow. Due to the one revolution approach of the unsteady state simulations, the phenomenon was partially captured.
Description: Se desarrolló una metodología para estudiar turbinas tipo Francis utilizando el software CFD libre y de código abierto OpenFOAM, junto con un marco de referencia múltiple y una malla móvil estructurada para casos de estado estable e inestable, respectivamente. OpenFOAM ofrece claras ventajas sobre otros paquetes CFD como, por ejemplo, un mejor proceso de cálculo en paralelo, un mejor control de los parámetros de simulación y una optimización de los recursos computacionales. La malla estructurada usada fue obtenida de estudios previos, sin embargo, se efectuaron algunas modificaciones en su geometría debido a la presencia de puntos de desequilibrio en la simulación numérica. Se realizaron dos tipos de simulaciones numéricas junto con los modelos de turbulencia k-ε y k-ω SST, primero usando el algoritmo SIMPLE para casos de estado estable y el algoritmo PIMPLE para casos de estado inestable. Los resultados obtenidos para las simulaciones de estado estable reproducen el fenómeno con una gran aproximación. Se estudiaron diez puntos de operación diferentes en las simulaciones en estado estable, obteniendo un error de 5.02% para el caso de potencia al usar el caudal máximo. Debido a que las simulaciones en estado inestable se desarrollaron en una revolución, se capturó parcialmente el fenómeno.
URI: http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/20915
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