Estudio numérico de flujo particulado dentro de una turbina tipo Francis usando OPENfoam / Mateo Andrés Narváez Quelal

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Pregrado Tesis (Ingeniero Mecánico). -- Escuela Politécnica Nacional. 2022

Incluye bibliografía

En este trabajo de titulación se desarrolló una metodología que permite estudiar numéricamente el funcionamiento de una turbina tipo Francis con flujo particulado en software libre y de código abierto. Para lo cual se parte de la optimización del dominio computacional generado a partir de la geometría de una de las turbinas de la central San Francisco en la provincia de Tungurahua. Se validó los resultados obtenidos con esta malla realizando simulaciones en estado estable del funcionamiento en condiciones de operación normales utilizando el algoritmo SIMPLE. Una vez que se corroboró la calidad de estos resultados se reprodujo el fenómeno en estado transitorio con ayuda del algoritmo PISO y se calibró la simulación poder utilizarla en el método acoplado CFD-DEM que calcula simultáneamente el método de mecánica de fluidos computacional (CFD) con el método de elemento discreto (DEM) permitiendo analizar los efectos del fluido sobre el material particular y viceversa. Se incluyó también el análisis del desgaste debido al impacto de las partículas en la superficie del rodete y de los alabes directores. Este estudio se realizó Enel software CFDEM coupling, que se encarga de comunicar a los resultados obtenidos por OpenFOAM (CFD) con los calculados por LIGGGTHS (DEM) durante de la simulación, tanto CFDEM coupling, LIGGGTHS y OpenFOAM son programas de código abierto.

The present work develops a methodology that allows the numerical study of the Francis turbine with particulate flow in free and open-source software. The first step to accomplish that was the optimization of the computational domain generated from the geometry of one of the turbines of the San Francisco power plant in the province of Tungurahua, obtaining results that were validated by performing steady-state simulations of the turbine operating under normal charge conditions using the SIMPLE algorithm. Once the quality of these results was confirmed, the phenomenon was reproduced in a transient state using the PISO algorithm. Then, the simulation was calibrated to be able to use it in the coupled CFD-DEM method that simultaneously calculates the computational fluid mechanics (CFD) method with the discrete element method (DEM) allowing to analyze the effects of the fluid on the granular material and vice versa. The analysis of the wear due to the impact of the particles on the surface of the impeller and the guide vanes was also included. This study was carried out in the “CFDEM coupling” software, which is responsible for communicating the results obtained by OpenFOAM (CFD) with those calculated by LIGGGTHS (DEM) during the simulation, CFDEM coupling, LIGGGTHS and OpenFOAM are open-source.

Mateo Andrés Narváez Quelal cedido 2022/06/02 $ 0.20 Ej. 1 Tesis 100666