Bir Francis Türbininin girdap dinamiklerinin ve performans iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of vortex dynamics and performance enhancement in a Francis Turbine
- Tez No: 1014057
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NEHİR TOKGÖZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yüksek düşülü Francis türbinlerinde tasarım ve işletme sürecine bağlı olarak gelişen hidrodinamik kararsızlıklar ile yapısal bozulmalar, santral verimliliği ve işletme güvenliği açısından kritik risk unsurları teşkil etmektedir. Bu çalışma, 1970'li yıllardan beri işletilen 102 MW gücündeki bir türbinin rehabilitasyon sürecini; salyangoz ve emme borusunun ankastre (gömülü) yapısı nedeniyle değiştirilemediği zorlu sınır koşulları altında incelemektedir. Çalışmanın temel amacı; Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizleri, model testleri ve saha verileriyle doğruluğu kanıtlanmış ve temel karakteristik değerleri %5'in altında bir sapma ile mevcut sisteme benzeyen referans bir santralin ayar kanadı ve çark tasarımlarından faydalanmaktır. Bu doğrultuda, ana tasarım ve geometrik ölçekleme yaklaşımı benimsenerek mevcut sabit yapılarla tam hidrodinamik uyum sağlayacak yeni bir ayar kanadı ve çark tasarımı geliştirilmiştir. Geliştirilen bu yeni tasarımlar üzerinden Rotor-Stator Etkileşimi (RSI) kaynaklı dinamik yükler ve Von Karman girdap etkileri detaylı bir biçimde incelenmiştir. Araştırma metodolojisi kapsamında, saha verilerine dayalı tersine mühendislik uygulamaları ile ileri simülasyon teknikleri entegre edilmiştir. Mevcut bileşenler yüksek hassasiyetli lazer tarama yöntemiyle dijitalize edilerek referans modeller oluşturulmuştur. Hidrolik profil optimizasyonu amacıyla gerçekleştirilen zamandan bağımsız analizleri takiben, tüm akış hacmini kapsayan üç boyutlu ve zamana bağlı HAD simülasyonları yürütülmüştür. Analiz sonuçları, yeni tasarımın girdap sönümleme kapasitesini yüksek çözünürlükle ortaya koymuştur. Elde edilen bulgular, gömülü yapı kısıtlarına rağmen uygulanan özgün tasarım metodolojisinin, santral verimliliğini ve işletme ömrünü önemli ölçüde artırdığını kanıtlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Hydrodynamic instabilities and structural degradations arising from the design and operational conditions of high-head Francis turbines represent critical risks to both power plant efficiency and operational safety. This study investigates the rehabilitation process of a 102 MW turbine, in operation since the 1970s, under challenging boundary conditions where the spiral casing and draft tube cannot be replaced due to their embedded nature. The primary objective of the study is to utilize the guide vane and runner designs of a reference power plant. The accuracy of these reference designs has been validated through Computational Fluid Dynamics (CFD) analyses, model tests, and field data, and their fundamental characteristic values align with the existing system with a deviation of less than 5%. In this context, a new guide vane and runner design, ensuring full hydrodynamic compatibility with the existing stationary structures, was developed by adopting a baseline design and geometric scaling approach. Utilizing these newly developed designs, dynamic loads induced by Rotor-Stator Interaction (RSI) and the effects of von Kármán vortices were investigated in detail. The research methodology integrates reverse engineering applications based on field data with advanced simulation techniques. The existing components were digitized using high-precision laser scanning to generate reference models. Following the steady-state analyses conducted for hydraulic profile optimization, full-domain, three-dimensional, and transient CFD simulations were executed. The analysis results demonstrate the vortex mitigation capacity of the new design with high resolution. The findings prove that the novel design methodology, implemented despite the constraints of the embedded structures, significantly enhances the efficiency and operational lifespan of the power plant.
Benzer Tezler
- Francis turbine design and optimization by using CFD
HAD analizleri yardımı ile francis türbin tasarımı ve optimizasyonu
BERK CAN DUVA
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HABİL METE ŞEN
PROF. DR. ERKAN AYDER
- Francis türbini yayıcısındaki girdap oluşumunun etkisini azaltma yöntemlerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleriyle incelenmesi
Investigation of methods to mitigate the effect of vortex formation in the francis turbine draft tube with computational fluid dynamics analysis
KAĞAN ÇAĞLAYAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN AYDER
- Application of numerical shape optimization to the runner blades of a francis turbine
Sayısal yöntemler ile şekil optimizasyonunun bir francis türbininin çark kanatlarına uygulanması
MEHMET YALILI
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET HALUK AKSEL
- Francıs tipi hidrolik türbinlerde kavitasyonun etkisi
Effects of cavitation in Francis type hidrolic turbines
MÜCAHİT SAV
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Makine MühendisliğiFırat ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYDIN ÇITLAK
- Francis türbini yayıcısındaki akışın modellenmesi
Modelling of fluid flow in francis turbine draft tube
AYDIN HACI DÖNMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LEVENT KAVURMACIOĞLU