Vícefázová CFD simulace spirálního víru v bezlopatkovám vírovém generátoru

Abstract

Práce se zabývá vícefázovou CFD simulací spirálního víru v bezlopatkovém vírovém generátoru. Spirální vír tvořený v savce vodní turbíny se nazývá „vírový cop“. Vírový cop vzniká, když turbína pracuje mimo návrhový pracovní bod. V práci jsou probrány vírové generátory vyrobené pro studii vírových copů. Na bezlopatkovém vírovém generátoru jsou provedeny dvoufázové CFD výpočty za použití turbulentního modelu RSM v softwaru ANSYS Fluent. Následně jsou získané výsledky porovnávány s experimentálními daty naměřenými na tomto generátoru. Práce je zaměřena na detailní analýzu rychlostního pole v difuzoru za nábojem vírového generátoru. Je porovnáno vírové číslo vyhodnocené z experimentu s dvoufázovou simulací a následně chování vírového čísla po délce difuzoru a za ním. Část práce je věnována synchronním a asynchronním tlakový pulzacím, kterými je vírový cop charakteristický.

This thesis deals with multiphase CFD simulation of spiral vortex in bladeless swirl generator. Spiral vortex formed in the draft tube of hydraulic turbine is called “vortex rope”. Vortex rope is formed when the turbine is forced to operate in off-design conditions. Assessment of swirl generators used for the study of vortex ropes is presented. The multiphase CFD simulations are carried out for the bladeless swirl generator with use of Reynolds stress turbulence model in ANSYS Fluent software. The results from calculations are compared with available experimental data previously measured on this particular swirl generator. The main focus is on detailed analysis of velocity field in the diffusor part of the generator where the vortex appears. Experimentally estimated swirl number is compared with the one evaluated from simulation. The swirl number is also monitored along the length of diffuser and downstream. Finally, the synchronous and asynchronous pressure pulsations are studies by means of Fast Fourier Transformation.