Modelación en CFD de una Turbina Kaplan y comparación con

IAHR
CIC
XXV CONGRESO LATINOAMERICANO DE HIDRÁULICA
SAN JOSÉ, COSTA RICA, 9 AL 12 DE SETIEMBRE DE 2012
MODELACIÓN EN CFD DE UNA TURBINA KAPLAN Y
COMPARACIÓN CON RESULTADOS EXPERIMENTALES
Arturo Rivetti, Cecilia Lucino, Juan Ignacio Torres y Sergio Liscia*
Laboratorio de Hidromecánica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de La Plata, Argentina
arturorivetti@gmail.com; clucino@ing.unlp,edu.ar; jtorres_84@hotmail.com soliscia@ing.unlp,edu.ar
* Director del Laboratorio de Hidromecánica UNLP
RESUMEN
El siguiente trabajo tiene como finalidad presentar el estado de avance de la modelación de una
turbina Kaplan utilizando un modelo comercial de volúmenes finitos y su comparación con ensayos
realizados en modelo físico. La modelación matemática fue efectuada tanto para prototipo como
también en modelo de escala reducida para las mismas condiciones de operación. El dominio fluido
considerado contempla todos los componentes de la turbina, cámara semiespiral, pre-distribuidor,
distribuidor, rodete y tubo de aspiración. La modelación matemática fue llevada a cabo utilizado el
modelo comercial ANSYS CFX 13.0 para una condición de régimen estacionario. El objetivo del
trabajo es comparar el rendimiento obtenido experimentalmente y calculado en CFD (Dinámica de
fluidos computacional), como así también evaluar el coeficiente de pase propuesto por la norma
IEC. Asimismo, se comparó cualitativamente la presencia de cavitación observada en el modelo
físico sobre los alabes del rodete con los diagramas de presión obtenidos en CFD. El error relativo
de la estimación del rendimiento fue del 1,6%, y del 2,3% en la el cálculo del coeficiente de pase
entre modelo y prototipo.
ABSTRACT
The aim of the present work is to show the progress in a Kaplan turbine simulation using a
commercial code based on finite volume method and its comparison with experimental information.
Mathematical simulation was carried out in both prototype and model scale for the same operation
conditions. The domain considered involve all the components of the Kaplan turbine, the
semiespiral casing, stay and guide vanes, the rotor, and the draft tube. The mathematical simulation
was developed with the commercial code ANSYS CFX 13.0 for a steady state scheme. The goal of
this work is to make a comparison between the efficiency calculated with CFD (Computational
fluid dynamics) and the experimental values as well as to evaluate the step-up coefficient proposed
by the IEC. In addition, a qualitative analysis was carried out to contrast the presence of cavitation
over the blades in the physical model with the pressures fields obtained by CFD. The relative error
calculated in the efficiency was 1,6%, and 2,3% for the step-up coefficient estimation between
model and prototype scales.
PALABRAS CLAVES: Turbina Kaplan, CFD, modelo y prototipo, rendimiento.