Investigación de las inestabilidades inducidas por el flujo en una turbina Francis operando en condiciones de carga parcial no cavitante y cavitante
Autores: Arabnejad, Mohammad Hossein; Nilsson, Håkan; Bensow, Rickard E.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Investigación de las inestabilidades inducidas por el flujo en una turbina Francis operando en condiciones de carga parcial no cavitante y cavitante
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Energía renovable
Turbinas hidráulicas
Cuerda Vortex Rotativa
Métodos de resolución de escala
Cavitación
Tubo de aspiración
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La integración de recursos de energía renovable intermitente al sistema de red requiere que las turbinas hidroeléctricas operen regularmente en condiciones de carga parcial. La operación confiable de las turbinas hidroeléctricas en estas condiciones está típicamente limitada por la formación de una Cuerda de Vórtice Rotatorio (RVR) en el tubo de aspiración. En este artículo, investigamos la formación de este vórtice utilizando los métodos de resolución de escala SST-SAS, LES modelado en pared (WMLES) y WMLES zonal. Los resultados numéricos se validan primero con los datos experimentales disponibles y luego se analizan para explicar en detalle el efecto de utilizar diferentes métodos de resolución de escala. Se revela que, aunque todos los métodos pueden capturar las características principales de los RVR, el método WMLES proporciona el mejor acuerdo cuantitativo entre los resultados de la simulación y el experimento. Además, se realizan simulaciones de cavitación utilizando el método WMLES para estudiar el efecto de la cavitación en el flujo en la turbina. Estos efectos de la cavitación se muestran altamente dependientes de la cantidad de vapor en el RVR. Si la cantidad de vapor es pequeña, la cavitación induce fluctuaciones de alta frecuencia en el presión y las fuerzas ejercidas sobre la turbina. A medida que aumenta la cantidad de cavitación, estas fluctuaciones tienden a tener una frecuencia dominante distinta que es diferente de la frecuencia del RVR.
Descripción
La integración de recursos de energía renovable intermitente al sistema de red requiere que las turbinas hidroeléctricas operen regularmente en condiciones de carga parcial. La operación confiable de las turbinas hidroeléctricas en estas condiciones está típicamente limitada por la formación de una Cuerda de Vórtice Rotatorio (RVR) en el tubo de aspiración. En este artículo, investigamos la formación de este vórtice utilizando los métodos de resolución de escala SST-SAS, LES modelado en pared (WMLES) y WMLES zonal. Los resultados numéricos se validan primero con los datos experimentales disponibles y luego se analizan para explicar en detalle el efecto de utilizar diferentes métodos de resolución de escala. Se revela que, aunque todos los métodos pueden capturar las características principales de los RVR, el método WMLES proporciona el mejor acuerdo cuantitativo entre los resultados de la simulación y el experimento. Además, se realizan simulaciones de cavitación utilizando el método WMLES para estudiar el efecto de la cavitación en el flujo en la turbina. Estos efectos de la cavitación se muestran altamente dependientes de la cantidad de vapor en el RVR. Si la cantidad de vapor es pequeña, la cavitación induce fluctuaciones de alta frecuencia en el presión y las fuerzas ejercidas sobre la turbina. A medida que aumenta la cantidad de cavitación, estas fluctuaciones tienden a tener una frecuencia dominante distinta que es diferente de la frecuencia del RVR.