Estudio de la cavitación en una turbina en modo bomba

Abstract

L'objectiu d'aquest treball és l'estudi de la cavitació en una turbina en mode bomba mitjançant mètodes numèrics.

En els primers apartats es fa un resum de les equacions bàsiques de la dinàmica de fluids i una introducció a les turbomàquines. Per acabar la teoria s'explica el fenomen de cavitació i la dinàmica de fluids computacional (CFD).

El programa de CFD usat en aquest treball per a realitzar les simulacions és el programari ANSYS CFX 16.2. Per a reduir el temps de càlcul computacional s'ha fet servir un model a escala del prototip de la turbina de la central hidroelèctrica de Sallente. S'han realitzat simulacions per al fluid amb el model de turbulència K-ω SST i altres simulacions afegint-li el model ZGB per poder veure les fases de líquid i vapor. Aquestes simulacions s'han realitzat per quatre altures diferents (40 m, 30 m, 20 m, 10 m) per veure com afecta aquesta a l'aparició de cavitació.

Per acabar s'han exposat els resultats d'aquestes simulacions amb els contorns de les diferents propietats i gràfics de pressió de monitors situats al llarg de la geometria.

El objetivo de este trabajo es el estudio mediante métodos numéricos, de la cavitación en una turbina/bomba trabajando en modo bomba.

En los primeros apartados se hace un resumen de las ecuaciones básicas de la dinámica de fluidos y una introducción a las turbomáquinas. Para acabar la teoría se explica el fenómeno de cavitación y la dinámica de fluidos computacional (CFD).

El programa de CFD usado en este trabajo para realizar las simulaciones es el software ANSYS CFX 16.2. Para reducir tiempo de cálculo computacional se ha usado un modelo a escala del prototipo de la turbina de la central hidroeléctrica de Sallente. Se han realizado simulaciones para el fluido con el modelo de turbulencia K-ω SST y otras simulaciones añadiéndole el modelo de cavitación ZGB para poder ver las fases de líquido y vapor. Estas simulaciones se han realizado para cuatro alturas de presión diferentes a la entrada de la bomba (40 m, 30 m, 20 m, 10 m), para ver cómo esta afecta en la aparición de la cavitación.

Para acabar se han expuesto los resultados de estas simulaciones con los contornos de las diferentes propiedades y gráficos de presión de los monitores situados a lo largo de la geometría.

The aim of this work is the study of cavitation in a turbine in pump mode using numerical methods. In the first sections, a summary of the basic equations of fluid dynamics and an introduction to turbomachines are given. To finish the theory, the cavitation phenomenon and the computational fluid dynamics (CFD) are explained. The CFD program used in this work to carry out the simulations is the ANSYS CFX 16.2 software. In order to reduce the computational calculation time, a scale model of the prototype turbine of the Sallente hydroelectric power plant has been used. Simulations have been carried out for the fluid with the K-ω SST turbulence model and other simulations adding the ZGB model to see the liquid and vapour phases. These simulations have been carried out for four different heights (40 m, 30 m, 20 m, 10 m) to see how this affects the appearance of cavitation. Finally, the results of these simulations have been presented with the contours of the different properties and pressure graphs of monitors located along the geometry.