Estudi de l’impacte del raig d’aigua sobre les pales d’una turbina Pelton mitjançant simulació numèrica CFD

Abstract

El projecte es basa en l’estudi, mitjançant la simulació numèrica CFD utilitzant el programari comercial FluentINC, de l’impacte d’un raig d’aigua contra la pala d’una turbina Pelton. En aquest document el lector trobarà un breu compendi matemàtic de les equacions que descriuen el comportament del fluid per al cas estudiat. Així com la descripció detallada pas a pas de la utilització del programari comercial utilitzat per a portar a terme l’estudi. La primera part del projecte fou enfocada a la familiarització amb el software utilitzat, que consta del programa de preprocessament GAMBIT (Geometry and mesh generation) i el paquet de simulació numèrica CFD FluentINC. El projecte s’enfoca a estudiar els diferents models que aporta el programari de simulació, i que es podrien fer servir per a estudiar l’impacte d’un raig contra una superfície sòlida. La peculiaritat que trobarà el lector en la resolució exposada és l’estudi del cas mitjançant un model multifase, en el que interactuaran l’aire i l’aigua del raig dins un entorn acotat en un volum o superfície d’estudi. Es descriuen les diferents opcions que es poden trobar en simulació CFD per a trobar la interacció entre dos fluids o dos fases. Es tria el model que s’ajusta més al cas estudiat segons les especificacions del programari que descriu els diferents models i les equacions que fan servir per portar a terme la simulació. Per a determinar el model que s’utilitzarà posteriorment en l’estudi de l’impacte sobre la pala d’una turbina Pelton, es comença per la simulació en 2D de l’impacte d’un raig d’aigua envoltat d’aire contra una placa plana i una superfície corba. La senzillesa d’aquest primer model agilitza molt la simulació, permetent comparar i posar a prova els diferents models d’estudi portant a terme moltes simulacions, oferint així al lector la contrastació dels resultats amb valors teòrics. A disposició del lector es disposa també el resultat obtingut de la simulació de l’impacte d’un raig d’aigua contra la secció en 2D del perfil d’un àlep. Gràcies a la senzillesa també d’aquest model el lector trobarà un breu compendi referit a l’estudi d’alguns dels paràmetres de la geometria d’aquesta secció que influeixen més en el resultat de l’estudi. Els resultats finals del projecte es trobaran referits a l’estudi de dos casos en 3D. Un descriptiu de l’impacte del raig d’aigua contra una placa plana i el segon referit a l’impacte del raig contra una geometria real d’una turbina. El lector trobarà la contrastació dels resultats obtinguts amb valors calculats teòricament, o referits a les especificacions tècniques del model real simulat. En resum aquest document intenta ser una guia de cara a la resolució o posterior desenvolupament de casos semblants als exposats, o bé qualsevol altre tipus de problema en que sigui escaient utilitzar un model se simulació similar.