کاویتاسیون در توربین جریان متقاطع،شبیه سازی با انسیس فلوئنت

کاویتاسیون در یک توربین جریان متقاطع، اثر ایرفویل در ورودی، مقایسه سه مورد مختلف

شرح پروژه (کاویتاسیون)

هدف از مسأله حاضر، شبیه سازی عددی یک توربین جریان متقاطع و بررسی کاویتاسیون درون آن با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

بر خلاف اکثر توربین‌ها که جریان محوری یا شعاعی هستند، سیال به صورت متقاطع جریان می‌یابد. این نوع توربین سرعت پایینی دارد و برای مکان‌هایی که هد فشار پایین و دبی زیاد مورد نیاز است، استفاده می‌شود.

این پروژه در سه مرحله اصلی انجام شده است. در حالت اول که بدون ایرفویل است. در حالت دوم برای جلوگیری از ایجاد کاویتاسیون، یک ایرفویل در ورودی قرار داده می‌شود. در حالت سوم، زاویه ایرفویل نسبت به حالت دوم در جهت عقربه‌های ساعت 15 درجه است.

هندسه سه بعدی این مدل با استفاده از نرم افزار Spaceclaim طراحی شده است. طول ناحیه محاسباتی 664 میلی متر و عرض آن 524 میلی متر و ارتفاع آن 280 میلی متر است.

سپس مش بندی مدل با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (Ansys Mashing) انجام شده است. تعداد سلول‌ها در مورد اول برابر 4915982، در مورد دوم برابر 5544372 و در مورد سوم برابر 5884179 است.

روش‌های استفاده شده

برای این شبیه سازی، از مدل چندفازی حجم سیال (Volume of Fluid (VOF)) استفاده شده است تا مایع و بخار در دامنه محاسباتی تعریف شوند.

نتایج

نتایج در سه مرحله مختلف به دست آمده‌اند.

مورد اول

پدیده کاویتاسیون پدیده‌ای است که در توربوماشین‌ها و پره‌های چرخان رخ می‌دهد. این پدیده باعث خوردگی در سطوح لبه‌ها می‌شود و بسیار مخرب است. در این شبیه سازی، با توجه به کانتور فشار این پدیده در قسمت سمت راست پره‌ها مشخص است. فشار کم و کمتر از فشار بخار در آن دما است. بنابراین پدیده کاویتاسیون رخ می‌دهد و تغییر فاز رخ می‌دهد. به عبارت دیگر، در سمت راست پره، این افت فشار به دلیل مکش ایجاد شده توسط لبه‌ها از پایین به بالا است.

مورد دوم

مطابق مورد قبلی، یک ایرفویل در ورودی توربین برای جلوگیری از کاویتاسیون قرار داده شده است. این روی خود ایرفویل شکل می‌گیرد که می‌تواند نقش محافظتی ایفا کند، بنابراین این نوع طراحی می‌تواند از کاویتاسیون جلوگیری کند.

مورد سوم

با توجه به مورد قبلی، یک ایرفویل در ورودی توربین برای جلوگیری از کاویتاسیون قرار داده می‌شود و زاویه ایرفویل نسبت به مورد آخر 15 درجه در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد. هدف از این مرحله، بررسی تأثیر تغییر زاویه ایرفویل بر شدت کاویتاسیون است.

با توجه به کانتورهای گرفته شده از کسر حجمی فاز دوم، میزان کاویتاسیون کمی کمتر از حالت قبلی است و می‌توان گفت که چرخش ساعت ایرفویل برای ما مفید بوده است.