Resenha Máquinas de fluxo - resumo do artigo Vorticity Based Flow Analysis and Visualization for Pelton Turbine Design Optimization

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS

Tópicos Especiais em Máquinas de Fluxo - Introdução à Máquinas de Fluxo

Artigo: Vorticity Based Flow Analysis and Visualization for Pelton Turbine Design Optimization

Autores: Filip Sadlo, Ronald Peikert, Etienne Parkinson.

Alunos: Eduardo Jaques, Douglas Sampaio, João Thales Siqueira, Luiz Fernando Rodrigues, Lucas Monteiro Macedo, Marcos Lima

O artigo estudado tem como objetivo analisar e estudar a distribuição da vorticidade em uma turbina Pelton para otimização da qualidade do jato de água que é afetado pelo surgimento de vórtices no anel distribuidor. A partir da tubulação principal por onde a água entra na turbina, sai ramificações dessa tubulação que é circular e na extremidade dessas ramificações fica o bico injetor. No momento em que a água deixa a bifurcação para as ramificações, é observado o sugimento de vórtices, esses que tem relação direta com a qualidade do jato de água que deixa os bicos injetores e atinge as pás da turbina.

Os autores do artigo utilizaram de um modelo desenhado em 3 dimensões e inserido no programa de analise de fluxo CFD para melhor visualização e estudo dos vortices gerados no interior da tubulação, assim foram estudados alguns métodos para extração das linhas de núcleo dos vórtices como os de Levy et al e Sujudi and Haimes o qual permite suprimir os vórtices falsos positivos e fracos para não influenciarem e simplificarem o modelo de análise. Devido alguns métodos apresentarem uma certa limitação para uma analise global e aprofundada dessa situação, os autores então geraram uma ferramenta específica a qual se mostrou bastante útil para esse processo. Se trata de estabelecer uma linha concêntrica a tubulação e sobre a mesma, instalar pontos onde serão analizados os vórtices, pontos que representam os núcleos dos mesmos. A partir disso, gerar uma curva envolta da linha tangente ao vetor velocidade que pode ser gerada em ambas as direções a partir do algoritmo de Hultquist, dessa forma pode ser estudado o vórtice principal na saída da bifurcação. Os conjuntos de dados no foco deste estudo de aplicação são simulações de CFD dos componentes de uma turbina Pelton. As simulações foram computados pela VA TechHydro usando o solver comercial CFX-TASCflow. Para o colector e injetores um fluxo constante foi calculado, enquanto que para o jato e o fluxo nas pas da turbina, simulações de duas fases dependentes do tempo têm sido feito. Foi apresentado um algoritmo de colocação das linhas de campo para gerar conjuntos de linhas do campo, onde a densidade de linha é proporcional à magnitude do campo. Foi descoberto que o método de visualização proposto é uma ferramenta útil para a investigação do fluxo de vórtice. Isso garante a visualização da vorticidade e de vórtices, de forma adequada, as inter-relações e revelando detalhes adicionais. Para acelerar a convergência da colocação de linha, implementou-se um oráculo para prever as operações de inserção ou movimento mais promissores. Também foi desenvolvida duas ferramentas de visualização para a análise exploratória de campos de velocidade ou de vorticidade. Com base em linhas centrais vortex extraídos, o usuário pode gerar tubos de fluxo circulares inicialmente ortogonais, por apenas uma seleção de raio e uma operação de picking. De modo semelhante, os tubos de transmissão pode ser gerado a partir de regiões fechadas
definido por uma ou duas isosuperfícies. As superfícies de transmissão têm sido subestimadas em seu potencial para explicar fluxo complicado. Em comparação com conjuntos de linhas de corrente, os tubos de transmissão dar uma melhor percepção espacial. Além disso, as superfícies de transmissão pode ainda ser características de fluxo inerentes, como no caso de superfícies de separação.

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