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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2013.tde-16102014-164019
Document
Author
Full name
Derli Dias do Amaral Junior
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2013
Supervisor
Committee
Saltara, Fábio (President)
Tiago Filho, Geraldo Lúcio
Volpe, Ernani Vitillo
Title in Portuguese
Projeto de uma turbina axial para micro aproveitamentos hidráulicos com ênfase no cálculo dos perfis do rotor e distribuidor.
Keywords in Portuguese
Cascata de perfis
Ensaios de campo
Método dos painéis
Turbina axial
Abstract in Portuguese
O proposito deste trabalho é apresentar uma metodologia para projeto de uma turbina axial para micro aproveitamentos hidráulicos com ênfase no projeto das geometrias do rotor e distribuidor, incluindo os resultados analíticos e numéricos através do método dos painéis. Comparações do projeto analítico com testes de campo são também apresentadas. A metodologia analítica utilizada foi a teoria do escoamento não-viscoso de Wenig que avalia os fatores de interferência para modelar o quanto as características de sustentação e arrasto de uma cascata de perfis são relacionadas com as de um perfil isolado. Foi verificado que a teoria de Wenig fornece uma boa previsão do fator de interferência se o ângulo de ataque for relativamente baixo e a espessura das pás for relativamente pequena quando comparada com a distância entre as pás. A metodologia numérica usando o método de vorticidade superficial proposto por Martensen para uma cascata de perfis e para um perfil isolado foi utilizada para se ter uma comparação com os coeficientes analíticos de sustentação e arrasto. Testes de campo foram realizados em um protótipo de 20 kW de acordo com a norma IEC-60041 e sua comparação com o método analítico e por consequência o método numérico validou o método empregado para confecção das pás do rotor e distribuidor.
Title in English
Micro axial hydraulic turbine project with emphasis on runner and wicket gates profiles calculation.
Keywords in English
Cascades
Field theory
Hydraulic turbine
Runner
Abstract in English
The purpose of this work is to present a methodology to design a small axial hydraulic turbine with emphasis on the project of the profiles of the runner and wicket gate, including both analytical and numerical results from a cascade panel method. Comparisons with field test measurements of a prototype are also presented. The analytical methodology used is the Wenigs inviscid flow theory which requires the evaluation of interference factors to model how lift and drag characteristics of the turbine cascade of blades are related to those of a single isolated airfoil. It is found that the Wenigs theory provides a reasonable prediction of the lift interference factor if both the angle of attack is relatively low and the thickness of the blades is relatively small when compared to the distance between the blades. The numerical methodology that relies the Hess and Smiths 2-D panel method for a cascade of blades and for an isolated airfoil was used in order to have a comparison with the analytical lift and drag. Prototype field test measurements of the turbine power output, in agreement with IEC-60041 standards, were carried out to evaluate the results using the analytical and numerical methods.
 
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Diss_Derli_Dias.pdf (6.52 Mbytes)
Publishing Date
2014-10-23
 
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