دفاعیه کارشناسی ارشد (سازه های هیدرولیکی) مطالعه عددی بررسی تعداد پره‌ها و نسبت انسداد توربین بر جریان در یک کانال روباز
| تاریخ ارسال: 1402/3/21 |
دانشجو: خانم حدیثه معاونی
استاد راهنما: دکتر سیدحسین مهاجری
استاد راهنما: دکتر مصطفی اسماعیلی
زمان: یکشنبه ۲۸ خرداد ماه ۱۴۰۲ ساعت: ۱۰:۰۰
مکان: تهران دانشکده فنی و مهندسی
استاد راهنما: دکتر سیدحسین مهاجری
استاد راهنما: دکتر مصطفی اسماعیلی
زمان: یکشنبه ۲۸ خرداد ماه ۱۴۰۲ ساعت: ۱۰:۰۰
مکان: تهران دانشکده فنی و مهندسی
چکیده
امروزه یکی از اصلی ترین مشکلات محیط زیستی در مقیاس جهانی انتشار بیش از حد گازهای گلخانه ای بواسطه استفاده بی رویه از سوخت های فسیلی به عنوان یکی از منابع تجدید ناپذیر انرژی است. اصلی‌ترین پیامد انتشار گازهای گلخانه‌ای افزایش دمای کره‌ی زمین است که منجر به بروز خشکسالی، کاهش بارندگی، بالا آمدن سطح آب و تاثیرات منفی بر اکوسیستم کره زمین خواهد شد. بنابراین احساس نیاز به راهکارهایی برای حل این مشکل به خوبی حس می‌شود. انرژی آب به عنوان یکی از قدیمی‌ترین روش‌های تولید انرژی یکی از راهکارهایی است که امروزه برای تولید انرژی پاک مورد توجه قرار گرفته است. امروزه نوع خاصی از توربین‌های آبی به نام توربین های هیدروکینتیکی توسعه داده شده اند که قادر به تولید انرژی در هدهای بسیار پایین هستند که استفاده از آنها می تواند ضامن تولید انرژی پاک و پایدار باشد. البته از معایب اصلی این توربین ها اثراتی است که بر محیط زیست پیرامون خود می گذارند. کمینه کردن اثرات زیست محیطی این توربین ها از جمله مسائلی است که باید مورد مطالعه قرار گیرد. یکی از پارامترهای موثر بر شدت اثرات زیست محیطی تعداد پره های توربین است. همچنین از آنجایی که حضور توربین در جریان می تواند بر میدان فشار، سرعت، توزیع تنش برشی و... تاثیر بگذارد بنابراین به لحاظ زیست محیطی مقایسه میزان تاثیر توربین‌ها بر این پارامتر‌ها ضروری است.
در این مطالعه، به منظور مقایسه عملکرد توربین هیدروکینتیک دو و سه پره‌ای و تاثیر حضور آنها بر ماهیت جریان مدلسازی عددی در نرم افزار انسیس فلوئنت در سه نسبت انسداد مختلف صورت گرفته است. برای این منظور دو توربین در شرایط عملکردی مختلفی مورد بررسی قرار گرفته اند. سپس پارامتر هایی مانند میدان سرعت و فشار و ضریب توان توربین ها مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته اند تا نقاط قوت و ضعف هر یک از توربین ها مشخص گردد.
نتایج نشان می‌دهد که به لحاظ میزان انرژی استخراج شده از جریان، توربین سه پره‌ای در شرایط مشابه عملکرد بهتری خواهد داشت که البته با توجه به بیشتر بودن تعداد پره ها قابل توجیه است. همچنین عملکرد توربین با افزایش نسبت انسداد بهتر خواهد شد چرا که با افزایش مساحت جاروب توربین توان مکانیکی توربین افزایش می یابد. جریان در پشت توربین دو پره‌ای با سرعت بیشتری ترمیم شده و به حالت اولیه خود باز می‌گردد. به طوری که فشار در مرکز کانال در پشت توربین دو پره‌ای در فاصله ۳.۱۶ متری و برای توربین سه پره‌ای در فاصله ۴.۵۸ متری به ۹۰ درصد فشار اولیه خود می‌رسد. همچنین با مقایسه میدان سرعت پشت توربین ها نیز نتیجه مشابهی بدست آمد. سرعت در مرکز کانال برای توربین دو پره‌ای در فاصله ۲.۰۴ متری پشت توربین و برای توربین سه پره‌ای در فاصله ۲.۹۶ متری به ۹۰ درصد سرعت اولیه خود می رسد. بنابراین به لحاظ زیست محیطی استفاده از توربین دو پره‌ای برای تولید انرژی مطلوب‌تر است. همچنین اگرچه حضور توربین توزیع تنش برشی در کف کانال را به کلی تغییر خواهد داد، اما میزان تاثیر هر دو توربین بر توزیع تنش برشی در کف کانال که می‌تواند بر رژیم رسوب کانال تاثیر بگذارد، تقریبا مشابه یکدیگر است.
امروزه یکی از اصلی ترین مشکلات محیط زیستی در مقیاس جهانی انتشار بیش از حد گازهای گلخانه ای بواسطه استفاده بی رویه از سوخت های فسیلی به عنوان یکی از منابع تجدید ناپذیر انرژی است. اصلی‌ترین پیامد انتشار گازهای گلخانه‌ای افزایش دمای کره‌ی زمین است که منجر به بروز خشکسالی، کاهش بارندگی، بالا آمدن سطح آب و تاثیرات منفی بر اکوسیستم کره زمین خواهد شد. بنابراین احساس نیاز به راهکارهایی برای حل این مشکل به خوبی حس می‌شود. انرژی آب به عنوان یکی از قدیمی‌ترین روش‌های تولید انرژی یکی از راهکارهایی است که امروزه برای تولید انرژی پاک مورد توجه قرار گرفته است. امروزه نوع خاصی از توربین‌های آبی به نام توربین های هیدروکینتیکی توسعه داده شده اند که قادر به تولید انرژی در هدهای بسیار پایین هستند که استفاده از آنها می تواند ضامن تولید انرژی پاک و پایدار باشد. البته از معایب اصلی این توربین ها اثراتی است که بر محیط زیست پیرامون خود می گذارند. کمینه کردن اثرات زیست محیطی این توربین ها از جمله مسائلی است که باید مورد مطالعه قرار گیرد. یکی از پارامترهای موثر بر شدت اثرات زیست محیطی تعداد پره های توربین است. همچنین از آنجایی که حضور توربین در جریان می تواند بر میدان فشار، سرعت، توزیع تنش برشی و... تاثیر بگذارد بنابراین به لحاظ زیست محیطی مقایسه میزان تاثیر توربین‌ها بر این پارامتر‌ها ضروری است.
در این مطالعه، به منظور مقایسه عملکرد توربین هیدروکینتیک دو و سه پره‌ای و تاثیر حضور آنها بر ماهیت جریان مدلسازی عددی در نرم افزار انسیس فلوئنت در سه نسبت انسداد مختلف صورت گرفته است. برای این منظور دو توربین در شرایط عملکردی مختلفی مورد بررسی قرار گرفته اند. سپس پارامتر هایی مانند میدان سرعت و فشار و ضریب توان توربین ها مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته اند تا نقاط قوت و ضعف هر یک از توربین ها مشخص گردد.
نتایج نشان می‌دهد که به لحاظ میزان انرژی استخراج شده از جریان، توربین سه پره‌ای در شرایط مشابه عملکرد بهتری خواهد داشت که البته با توجه به بیشتر بودن تعداد پره ها قابل توجیه است. همچنین عملکرد توربین با افزایش نسبت انسداد بهتر خواهد شد چرا که با افزایش مساحت جاروب توربین توان مکانیکی توربین افزایش می یابد. جریان در پشت توربین دو پره‌ای با سرعت بیشتری ترمیم شده و به حالت اولیه خود باز می‌گردد. به طوری که فشار در مرکز کانال در پشت توربین دو پره‌ای در فاصله ۳.۱۶ متری و برای توربین سه پره‌ای در فاصله ۴.۵۸ متری به ۹۰ درصد فشار اولیه خود می‌رسد. همچنین با مقایسه میدان سرعت پشت توربین ها نیز نتیجه مشابهی بدست آمد. سرعت در مرکز کانال برای توربین دو پره‌ای در فاصله ۲.۰۴ متری پشت توربین و برای توربین سه پره‌ای در فاصله ۲.۹۶ متری به ۹۰ درصد سرعت اولیه خود می رسد. بنابراین به لحاظ زیست محیطی استفاده از توربین دو پره‌ای برای تولید انرژی مطلوب‌تر است. همچنین اگرچه حضور توربین توزیع تنش برشی در کف کانال را به کلی تغییر خواهد داد، اما میزان تاثیر هر دو توربین بر توزیع تنش برشی در کف کانال که می‌تواند بر رژیم رسوب کانال تاثیر بگذارد، تقریبا مشابه یکدیگر است.
مطالب مشابه
دفعات مشاهده: 656 بار |
دفعات چاپ: 104 بار |
دفعات ارسال به دیگران: 0 بار |
0 نظر