Υπολογιστική μελέτη της υδροδυναμικής συμπεριφοράς στροφείου υποθαλάσσιας γεννήτριας οριζοντίου άξονα για διάφορα μήκη πτερυγίου

• Κύριος συγγραφέας: Στεφανίδης, Άρης
• Άλλοι συγγραφείς: Μάργαρης, Διονύσιος-Ελευθέριος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2019
• Θέματα: Υποθαλάσσιες γεννήτριες; Υδροδυναμική συμπεριφορά; Υπολογιστική υδροδυναμική μελέτη; Tidal turbines; Hydrodynamic behavior; Computational fluid dynamics (CFD)

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε σε συνεργασία με το Εργαστήριο Μηχανικής των Ρευστών και Εφαρμογών αυτής του τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών. Αντικείμενό της είναι η μελέτη της ροής γύρω από στροφείο υποθαλάσσιας γεννήτριας οριζοντίου άξονα με διαφορετικά μήκη πτερυγίου. Απώτερος σκοπός της μελέτης είναι η βελτίωση των υδροδυναμικών χαρακτηριστικών. Με τη βοήθεια της υπολογιστικής ρευστοδυναμικής μελετάμε την απόδοση των πτερυγίων σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας μέσω προσομοιώσεων. Πιο συγκεκριμένα μελετήθηκαν πτερύγια σύνθεσης δύο υδροτομών, S812, S816, συνολικού μήκους 5, 7.5 και 10 μέτρων. Από τη μελέτη αυτή βρήκαμε πώς επηρεάζεται η απόδοση με την αλλαγή παραγόντων, όπως η ταχύτητα του παλιρροϊκού ρεύματος, ο αριθμός ταχυστροφίας, το βάθος εγκατάστασης, και το μήκος και ο αριθμός των πτερυγίων για κάθε στροφείο. Έγινε μελέτη των υδροδυναμικών χαρακτηριστικών για διαφορετικά μήκη πτερυγίου και μελετήθηκε το φαινόμενο της σπηλαίωσης. Για την εύρεση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών και των κατάλληλων συνθηκών λειτουργίας, χρησιμοποιήσαμε το πρόγραμμα TTBEM. Εισάγοντας σε αυτό το μήκος πτερυγίου, τον αριθμό πτερυγίων στροφείου, τους τύπους των υδροτομών με τα υδροδυναμικά της χαρακτηριστικά, τον αριθμό ταχυστροφίας, την ταχύτητα παλιρροϊκού ρεύματος, την πυκνότητα του νερού και τον αριθμό των στοιχειωδών υδροτομών, προέκυψε η βέλτιστη γεωμετρία και η ισχύς που παράγεται. Αφού βρήκαμε τον αριθμό ταχυστροφίας για τον οποίο έχουμε τη μέγιστη απόδοση ίσο με 4.5, εξαγάγαμε τα αποτελέσματα της γεωμετρίας ώστε να μπορέσουμε να τη σχεδιάσουμε. Από τα αποτελέσματα συμπεράναμε ότι για αύξηση του μήκους ή του αριθμού των πτερυγίων σε κάθε στροφείο καθώς και αύξηση της ταχύτητας του παλιρροϊκού ρεύματος έχουμε αύξηση της παραγόμενης ισχύος. Επιλέχτηκε στροφείο τριών πτερυγίων και το πτερύγιο σχεδιάστηκε στο πρόγραμμα QBlade. Eισαγάγαμε την τρισδιάστατη γεωμετρία τριών μεγεθών πτερυγίου (5, 7.5, 10 μέτρα) στο ANSYS Fluent για τη μελέτη της φύσης της σπηλαίωσης. Από τα σχέδια που προέκυψαν από το Fluent για τη στατική πίεση και τις φάσεις υγρού – ατμού στην επιφάνεια του πτερυγίου, συμπεράναμε ότι όσο αυξάνεται ο αριθμός ταχυστροφίας ή μειώνεται η στατική πίεση το φαινόμενο της σπηλαίωσης εντείνεται.