벌브 수차 가이드베인 개도 변화의 영향에 관한 수치해석
Numerical study on effects of guide vane opening of a bulb turbine
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초록
본 연구에서는 가이드베인 개도 변화에 따른 벌브 수차의 성능을 확인하기 위하여, 이동격자기법을 이용하여 수차의 성능을 분석하는 방법을 정립하고, 이를 이용하여 시간에 따른 가이드베인 개도의 연속적인 변화과정을 수치모사하였다. 본 해석의 경우, 설계 사양에 따라 이론적으로 최적화 설계된 실물 수차 모델의 부근의 가이드베인 개도 57˚, 61.5˚, 66˚의 3가지 경우에 대해서 수차 모델을 분석하였다. 비정상상태 수치해석 결과, 정격 수두 9.2m, 회전수 171rpm, 가이드베인 개도 61.5˚일 때, 최대효율 89%로 확인되었으며, 가이드베인과 로터 사이의 유동장에서 수차 회전주파수의 4X에 해당되는 11.33Hz에서 가장 강한 맥동이 확인되었다. 흡출관에서는 와류로 인한 압력맥동이 확인되었으나 맥동 폭의 절대적인 크기는 BPF에서 발생하는 3000~3400Pa2/Hz에 비해 매우 작은 150~180Pa2/Hz 수준인 것으로 확인되었다.
Abstract
In this study, a method for analyzing fluid flow characteristics using the moving mesh method is established to evaluate the performance of a bulb turbine with changes in the degree of guide vane opening. Using this method, we numerically simulated the continuous change process of the guide vane opening over time. The turbine model was analyzed for three cases of the guide vanes, i.e., 57 degrees, 61.5 degrees, and 66 degrees, in a real turbine model that was theoretically optimized according to design specifications. The unsteady-state numerical analysis confirmed that the maximum efficiency was 89% when the rated head was 9.2 m, the number of revolutions was 171 rpm, and the guide vane was 61.5 degrees. In the flow field between the guide vane and the rotor, the strongest pulsation was observed at 11.33 Hz, which corresponds to four times the turbine rotation frequency. In addition, the pressure pulsation due to the vortex was observed in the draft tube, but the absolute magnitude of pulsation was between 150 and 180 Pa2/Hz, which is very small compared with the one generated in the blade passing frequency between 3000 and 3400 Pa2/Hz.
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