Numeričko istraživanje interakcije malih vodnih turbina i dinamike riječnog sedimenta

diplomski rad

• Naslov (engleski): Numerical investigation of interaction between small hydraulic turbines and river sediment dynamics
• Autor: Ana Lisac
• Mentor: Hrvoje Jasak (mentor)
• Član povjerenstva: Dražen Lončar (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Tomislav Pukšec (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Goran Šagi (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet strojarstva i brodogradnje; Zagreb
• Datum i država obrane: 2021-04-01, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Strojarstvo; Procesno energetsko strojarstvo

Sažetak

Tema ovog rada je numeričko istraživanje interakcije malih vodnih turbina i dinamike riječnog korita pomoću računalne dinamike fluida. Strujanje vode iza turbine je turbulentno i utječe na sedimentno dno rijeke, što može imati značajan utjecaj na ekosustav rijeke, ali i na stabilnost podvodnih struktura, zbog čega su potrebna daljnja istraživanja. U ovom radu korištene su jednadžbe za opisivanje strujanja i interakcije strujanja fluida sa sedimentom i slobodnom površinom, pomoću foam-extend-a. Proučavana je aksijalna turbina s tri lopatice, a simulacije su provedene za četiri konfiguracije turbina u kanalu:
• jedna turbina na sredini kanala,
• dvije turbine postavljene koaksijalno na sredini kanala, udaljene za 4dt ,
• dvije turbine postavljene koaksijalno na sredini kanala, udaljene za 7dt ,
• dvije turbine postavljene jedna uz drugu kraj bočne strana kanala.
Rezultati simulacija uspoređeni su međusobno i s dostupnim rezultatima eksperimenata Računalna dinamika fluida može preuzeti značajnu ulogu u proučavanju utjecaja turbina na morfologiju dna, jer uvelike pojednostavljuje i olakšava proučavanje ove
problematike.

Sažetak (engleski)

Scope of this Thesis is numerical investigation of interaction between small hydraulic turbines and river sediment dynamics. Water flow behind turbines is turbulent and affects sediment river bed, which can have significant influence on the river
ecosystem, but also on underwater structures stability, and further investigation is needed. In this Thesis equations that describe fluid flow and interaction between fluid and sediment river bed and free surface are used, together with foam-extend. Axial turbine with three blades is observed, and simulations were performed for four configurations of turbines in the channel: one turbine in the centre of the channel, two coaxial turbines, in the centre of the channel, with 4dt distance, two coaxial turbines, in the centre of the channel, with 7dt distance, two turbines positioned side by side, near the channel side.
The simulation results were compared mutually and with the available experimental data. Computational Fluid Dynamics can play a significant part in investigation of turbine and river morphology interactions, making the analysis of given problems easier and simpler.

• Ključne riječi: računalna dinamika fluida; vodna turbina; sediment; Exnerova jednadžba; Volume of Fluid metoda; Ghost Fluid metoda; metoda kontrolnih površina; automatska metoda pomicanja proračunske mreže
• Ključne riječi (engleski): Computational Fluid Dynamics; hydraulic turbine; sediment; Exner equation; Volume of Fluid method; Ghost Fluid Method; Finite Area Method; automatic vertex-based mesh motion
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:565821
• Studijski program: Naziv: Strojarstvo; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: diplomski; Akademski / stručni naziv: magistar/magistra inženjer/inženjerka strojarstva (mag. ing. mech.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2021-03-25 09:29:07