Numerische Simulation der Strömung in einem Moody Saugrohr

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der numerischen Berechnung der Strömung im Saugrohr der "Rapides - Farmers power station", einem Flusskraftwerk in Quebec in Kanada. Es handelt sich um eine spezielle Saugrohrbauart, dem sog. "Moody Saugrohr", welches im Jahre 1927 erbaut wurde. Um effektive Revitalisierungsmaßnahmen am Saugrohr treffen zu können, ist die Kenntnis der vorhandenen Strömung wichtig und hierzu ist die numerische Berechnung der Strömung ein wertvolles "Werkzeug".<br />Den Ausgangspunkt bildete ein 3D CAD - Modell des Saugrohres, das entsprechend erweitert bzw. abgeändert wurde. Dabei erfolgte eine Aufteilung des Modells in 3 Einzelvolumina, sowie eine Erweiterung des Saugrohres mit einem rechteckförmigen Kanal als Modell des offenen Gerinnes. In fünf Berechnungsläufen mit unterschiedlichen Modellen zeigten sich die Vor- und Nachteile, sowie die Anwendbarkeit des jeweils verwendeten Modells. Als CFD Programm kam dabei FLUENT zur Anwendung. Im Zuge dieses Prozesses ein Modell zu finden, welches in vertretbarer Rechenzeit akzeptable Ergebnisse liefert, konnte das Modell des Saugrohres mit einem anschließenden rechteckförmigen Kanal als bestes Modell herausgefiltert werden. Die Berechnung erfolgte hierbei einphasig und instationär.<br />Als Berechnungsergebnis liegen die Geschwindigkeitsvektoren, die Verteilung des statischen Druckes und der Druckumsetzungsbeiwert in verschiedenen Schnittebenen vor. Wegen des instationären Berechnungsvorganges war es auch möglich die zeitliche Veränderung eines entstehenden Ablösbereichs zu verfolgen. Ebenso wurde der entstehende Verlust im Saugrohr behandelt. Anschließend folgen ein Vergleich der Ergebnisse der einzelnen Berechnungsläufe und eine Bewertung der verwendeten Modellvarianten. Parallel zur Erstellung dieser Arbeit wurde der Strömungsvorgang im Moody Saugrohr auch am Hydro - Quebec Research Institute in Kanada (IREQ) berechnet. Das abschließende Kapitel dieser Arbeit beschäftigt sich mit einem Vergleich der Berechnungsergebnisse und einer Gegenüberstellung der graphischen Auswertungen.<br />Mit dieser Arbeit wurde die Grundlage für weiterführende Betrachtungen am Moody Saugrohr gelegt.<br />