Diseño y simulación de una turbina Kaplan mediante dinámica de fluidos computacional

Abstract

RESUMEN: El documento comienza con una introducción a las Turbomáquinas, ahondando en sus elementos y características, para posteriormente ver los tipos y clasificación de estas. Introduciremos el triángulo de velocidades, y haremos entonces mayor hincapié en las turbinas axiales de tipo Kaplan que es el tipo de turbina con la que vamos a trabajar, así como su geometría, localización en una central, caudales, etc. Una vez realizada la introducción, se tratará y explicará la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), que será la parte central en la que nos apoyaremos en la realización de este proyecto, ya que usaremos la simulación numérica para estudiar cómo se comporta el flujo en las diferentes regiones del rodete. Todo esto de forma bastante simplificada, pero detallada. Procederemos posteriormente a realizar el diseño de la geometría, mallado de esta, y simulación paso por paso de nuestra turbina mediante diferentes softwares implementados en la herramienta Ansys Workbench, tales como BladeGen, o Fluent entre otros, en los que profundizaremos en posteriores apartados. Los datos que introduciremos en los diferentes programas, se hallaran con los cálculos pertinentes en la sección Anexo. Para realizar dichas operaciones, usaremos de referencia los datos técnicos de una central hidroeléctrica española que use turbinas de tipo Kaplan.

ABSTRACT: The document begins with an introduction to Turbomachines, delving into their elements and characteristics, to later talk about their types and classification. We will introduce the speed triangle, and then we will place greater emphasis on Kaplan-type axial turbines, which is the type of turbine with which we are going to work, as well as its geometry, location in a plant, flow rates, etc. Once the introduction is made, Computational Fluid Dynamics (CFD) will be discussed and explained, which will be the central part in which we will support ourselves in carrying out this project, since we will use numerical simulation to study how the flow behaves in the different regions of the turbine. All this in a fairly simplified, but detailed way. We will then proceed to carry out the design of the geometry, its meshing, and step-by-step simulation of our turbine using different software implemented in the Ansys Workbench tool, such as BladeGen, or Fluent among others, in which we will delve into later sections. The data that we will introduce in the different programs will be found with the pertinent calculations in the Annex section. To carry out these operations, we will use as a reference the technical data of a Spanish hydroelectric plant that uses Kaplan type turbines.