DISEÑO FLUIDO DINÁMICO DE UN ROTOR DE TURBINA DE PASO

OLLER, SERGIO A.; COUSSIRAT, MIGUEL; NALLIM, LIZ G.

Buenos Aires

Congreso; III Caim (3er Congreso argentino de ingeniería mecánica); 2012

FODAMI

El presente trabajo muestra el diseño fluido - dinámico de un rotor de turbina de paso con flujo axial (WCT: Water Current Turbine), mediante el uso de métodos numéricos, (Computational Fluid Dynamics, CFD). Los códigos de CFD están basados en la discretización de las ecuaciones de conservación de masa y momentum (Reynolds Averaged Navier-Stokes equations, RANS) para flujo turbulento. El modelado numérico de las ecuaciones RANS implica la cuidadosa elección de un submodelo que sea adecuado para tener en cuenta los efectos del nivel de turbulencia del flujo estudiado [1]. Los parámetros a obtener mediante CFD permitirán el posterior conocimiento de las cargas aerodinámicas relacionadas con las fuerzas de sustentación y arrastre (“Lift” y “Drag” respectivamente) y, por tanto, de los esfuerzos ejercidos sobre los álabes, pudiendo luego proceder a su posterior diseño mecánico. Se analizaron en detalle los campos de presiones y velocidades, obtenidos a partir de las condiciones de borde e iniciales, definidas para velocidades, presiones y nivel de turbulencia del flujo, prefijadas a partir del diseño clásico de turbomáquinas axiales. Los resultados base para poder evaluar los parámetros anteriormente citados, se obtuvieron mediante un código de CFD denominado Kratos [2], desarrollado en el Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería (CIMNE, Barcelona, España), y corresponden a la obtención de los campos de presión y de velocidades. El objetivo que se persigue en este trabajo es el de optimizar el diseño aerodinámico de un rotor de WCT, maximizando la relación Lift/Drag y por tanto su rendimiento hidráulico, teniendo en cuenta que la turbina funciona con una muy baja energía cinética (velocidad del cauce del río). El máximo aprovechamiento de la energía mediante esta turbina, en estudio por los autores, se cumplimenta con la mínima inercia conseguida en su rotor gracias al uso de materiales compuestos en su conformado [3]. (WCT: Water Current Turbine), mediante el uso de métodos numéricos, (Computational Fluid Dynamics, CFD). Los códigos de CFD están basados en la discretización de las ecuaciones de conservación de masa y momentum (Reynolds Averaged Navier-Stokes equations, RANS) para flujo turbulento. El modelado numérico de las ecuaciones RANS implica la cuidadosa elección de un submodelo que sea adecuado para tener en cuenta los efectos del nivel de turbulencia del flujo estudiado [1]. Los parámetros a obtener mediante CFD permitirán el posterior conocimiento de las cargas aerodinámicas relacionadas con las fuerzas de sustentación y arrastre (“Lift” y “Drag” respectivamente) y, por tanto, de los esfuerzos ejercidos sobre los álabes, pudiendo luego proceder a su posterior diseño mecánico. Se analizaron en detalle los campos de presiones y velocidades, obtenidos a partir de las condiciones de borde e iniciales, definidas para velocidades, presiones y nivel de turbulencia del flujo, prefijadas a partir del diseño clásico de turbomáquinas axiales. Los resultados base para poder evaluar los parámetros anteriormente citados, se obtuvieron mediante un código de CFD denominado Kratos [2], desarrollado en el Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería (CIMNE, Barcelona, España), y corresponden a la obtención de los campos de presión y de velocidades. El objetivo que se persigue en este trabajo es el de optimizar el diseño aerodinámico de un rotor de WCT, maximizando la relación Lift/Drag y por tanto su rendimiento hidráulico, teniendo en cuenta que la turbina funciona con una muy baja energía cinética (velocidad del cauce del río). El máximo aprovechamiento de la energía mediante esta turbina, en estudio por los autores, se cumplimenta con la mínima inercia conseguida en su rotor gracias al uso de materiales compuestos en su conformado [3]. - dinámico de un rotor de turbina de paso con flujo axial (WCT: Water Current Turbine), mediante el uso de métodos numéricos, (Computational Fluid Dynamics, CFD). Los códigos de CFD están basados en la discretización de las ecuaciones de conservación de masa y momentum (Reynolds Averaged Navier-Stokes equations, RANS) para flujo turbulento. El modelado numérico de las ecuaciones RANS implica la cuidadosa elección de un submodelo que sea adecuado para tener en cuenta los efectos del nivel de turbulencia del flujo estudiado [1]. Los parámetros a obtener mediante CFD permitirán el posterior conocimiento de las cargas aerodinámicas relacionadas con las fuerzas de sustentación y arrastre (“Lift” y “Drag” respectivamente) y, por tanto, de los esfuerzos ejercidos sobre los álabes, pudiendo luego proceder a su posterior diseño mecánico. Se analizaron en detalle los campos de presiones y velocidades, obtenidos a partir de las condiciones de borde e iniciales, definidas para velocidades, presiones y nivel de turbulencia del flujo, prefijadas a partir del diseño clásico de turbomáquinas axiales. Los resultados base para poder evaluar los parámetros anteriormente citados, se obtuvieron mediante un código de CFD denominado Kratos [2], desarrollado en el Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería (CIMNE, Barcelona, España), y corresponden a la obtención de los campos de presión y de velocidades. El objetivo que se persigue en este trabajo es el de optimizar el diseño aerodinámico de un rotor de WCT, maximizando la relación Lift/Drag y por tanto su rendimiento hidráulico, teniendo en cuenta que la turbina funciona con una muy baja energía cinética (velocidad del cauce del río). El máximo aprovechamiento de la energía mediante esta turbina, en estudio por los autores, se cumplimenta con la mínima inercia conseguida en su rotor gracias al uso de materiales compuestos en su conformado [3].