Strömungssimulation in einer Pumpturbine und Vergleich mit experimentellen Daten

Abstract

Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von Strömungsphänomenen in der Spirale einer Pumpturbine im Pumpbetrieb.<br />Hierbei wurden drei charakteristische Betriebspunkte untersucht, wobei sich zwei Betriebspunkte im Bereich der sogenannten Pumpinstabilität befinden und der Dritte das Pumpenoptimum darstellt. Da es für die CFD insbesondere bei Strömungsinstabilitäten schwierig ist, genaue Vorhersagen mit möglichst geringem Rechenaufwand zu erstellen, wurden zusätzlich zu den Standardmessungen von integralen Größen auch zeitgemittelte Geschwindigkeitsprofile mit Hilfe von LDA (Laser-Doppler-Anemometrie) in einem Sektor der Spirale entlang des Umfangs über der Höhe vermessen. Diese Geschwindigkeitsprofile sollen nun mit CFD-Simulationen verglichen werden. Dazu ist es notwendig, die Pumpturbine mit der gesamten Spirale zu modellieren und zunächst mit stationären Simulationen zu vergleichen.<br />Die Notwendigkeit der Verbesserung der Modellierung einerseits und der genaueren physikalischen Abbildung der Strömung andererseits - beispielsweise durch transiente Simulationen - werden sich im Laufe dieser Arbeit zeigen.<br />Als CFD-Löser kommt zunächst Ansys CFX in der Version 12.1 zum Einsatz.<br />Um zusätzlich verschiedene Löser zu vergleichen, sollte das gleiche Modell für einen Betriebspunkt auch mit OpenFOAM 1.6-ext simuliert werden.<br />Das Hauptziel dieser Diplomarbeit besteht folglich darin, mittels CFD-Simulationen jene Konfigurationen zu erarbeiten, mit deren Hilfe die realen Verhältnisse der zeitgemittelten Geschwindigkeitsprofile bestmöglich approximiert werden. Hierfür werden Untersuchungen mit unterschiedlichen Turbulenzmodellen, Modellierungsvarianten und Gitterqualitäten durchgeführt.<br />Die Umsetzung der definierten Ziele erfordert zudem diverse Vorbereitungen, Analysen, umfangreiche Auswertungen und Softwareprogrammierungen in den Programmiersprachen Perl und VBA.