Session 34: Turbomachinery

Chairs:

André Luiz Amarante Mesquita
GTDEM - Grupo de Turbomáquinas
Departamento de Engenharia Mecânica
Universidade Federal do Pará

Nelson Manzanares Filho
Instituto de Engenharia Mecanica
Escola Federal de Engenharia de Itajuba

Comissão Organizadora e Editorial do ENCIT 2000
Departamento de Endgenharia Mecânica
Universidade Federal do Rio Grande do Sul






s34p03

ANÁLISE DO ESCOAMENTO EM PERFIS AERODINÂMICOS EM GRADES DE TURBOMÁQUINAS UTILIZANDO O MÉTODO DE VÓRTICES DISCRETOS

Luiz Antonio A. Pereira - [email protected]
Miguel H. Hirata - [email protected]
Departamento de Engenharia Mecânica - EFEI, Av. BPS n.... 1303
CEP. 37500-000 - Itajubá, MG, Brasil

Utiliza-se uma nuvem de vórtices discretos para simular os processos de convecção e de difusão de vorticidade, a qual é criada em toda a superfície de um aerofólio. Esta simulação considera um esquema puramente Lagrangeano evitando-se, assim, o emprego de malhas e, conseqüentemente, os problemas inerentes. Na simulação da convecção distribui-se vorticidade sobre a superfície discretizada do corpo. Como uma aproximação conveniente, assume-se que a densidade desta distribuição é constante sobre cada painel plano. Através do que se denomina de difusão primária esta vorticidade é lançada para o interior do meio fluido em forma de vórtices discretos. Trabalhando-se com o problema de Dirichlet (ao contrário do problema de Neumann) a intensidade destes vórtices é obtida sem a necessidade de cálculos adicionais. A difusão de vorticidade é simulada utilizando-se um esquema de avanço randômico. Faz-se uma análise do escoamento em torno de perfis aerodinâmicos montados em grades de turbomáquinas para valores elevados do número de Reynolds (Re). A descrição Lagrangeana oferece uma grande possibilidade para estudos futuros em turbomáquinas considerando-se as interferências entre esteira/rotor/estator; para os métodos Eulerianos estes estudos tornam-se menos adaptáveis.

Palavras-chave: Método de vórtices, Grades de turbomáquinas, Método dos painéis, Descrição lagrangeana.
 
 



s34p05

ESTUDO DA DINÂMICA DE TURBINAS HIDRÁULICAS MARÉ-MOTRIZES DO TIPO DARRIEUS ATRAVÉS DO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS

Ramiro Gustavo Ramirez Camacho - [email protected]
Nelson Manzanares Filho - [email protected]
Denis Rinaldi Petrucci - [email protected]
Escola Federal de Engenharia de Itajubá, Departamento de Engenharia Mecânica
Av. B.P.S., 1303 - 37500-000 - Itajubá - MG

Manoel José dos Santos Sena
André Luiz Amarante Mesquita
GTDEM - Grupo de Turbomáquinas, Departamento de Engenharia Mecânica, Centro
tecnológico, Universidade Federal do Pará, 66.075-900, Belém, PA, Brasil. E-mail:
[email protected]

The purpose of this work is describe the implementation of a finite element model for dynamic response analysis of Darrieus-type turbine runners. A fluid-structure coupling is be used to put in evidence some aspects of the rotor-water interaction. The rotating system fixed to the rotor will be used when writing the equations governing the system. A procedureusing the ANSYS Parametric Design Language is discussed and some results obtained for the free-free configuration are shown.

Keywords: Hydraulic turbines, Darrieus, Finite Elements, Dynamics
 
 


s34p06

CALIBRAÇÃO DE UM DISPOSITIVO DE MEDIDA DE ESFORÇOS RESULTANTES DA INTERAÇÃO ENTRE O ESCOAMENTO E O ROTOR DE TURBOMÁQUINAS

José Geraldo Trani Brandão [email protected]
José Elias Tomazini [email protected]
UNESP - Departamento de Mecânica, Faculdade de Engenharia
CP 205 12516-410 Guaratinguetá SP

Neste trabalho relata-se a calibração estática de um dispositivo para a medição dos esforços hidraúlicos resultantes da interação entre o escoamento e o rotor de um modelo de uma turbomáquina onde foi montado um banco de teste que simula as diversas condições de operação destas máquinas. O dispositivo aqui utilizado foi desenvolvido na Universidade de Stuttgart junto ao Institut für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmachinen e com o apoio da Schwedisch Kugellager Fabrik em Schweinfurt. Um processo exaustivo de calibração foi desenvolvido e executado para propiciar às medições uma real correspondência entre os esforços reais atuantes no modelo de um rotor de uma turbomáquina e os esforços medidos. Assim, calibrações estática e dinâmica foram realizadas para a determinação dos coeficientes  decalibração correspondentes dos respectivos sensores. O dispositivo utilizado consta de sensores piezoelétricos tridimensionais de carga.

Palavras-chave: forças hidráulicas em rotores, forças em turbomáquinas, medições de forças hidráulicas
 
 



s34p07

EXTENSÃO DO MÉTODO DE HESS & SMITH PARA CÁLCULO DO ESCOAMENTO EM GRADES COM SEPARAÇÃO

Ramiro Gustavo Ramirez Camacho - [email protected]
Nelson Manzanares Filho - [email protected]
Denis Rinaldi Petrucci - [email protected]
Escola Federal de Engenharia de Itajubá, Departamento de Engenharia Mecânica
Av. B.P.S., 1303 - 37500-000 - Itajubá - MG

An extension of the Hess & Smith panel method for linear cascade flow analysis with boundary layer separation is presented in this work. The classical impenetrability boundary condition on the airfoil surface is modified by a fictitious mass flow injection in the separation region, whose intensity is controlled in a semi-empiric way by assuming the hy-pothesis of constant wake pressure, starting from the separation point. This point is deter-mined iteratively, using integral methods for the boundary layer calculations and applying the surface velocities from the modified Hess & Smith method. Examples are presented com-paring the obtained results with experimental data for the pressure distributions and maxi-mum deflection angles of NACA-65 airfoil cascades, and a good agreement is obtained.

Keywords: Panel method, Boundary layer separation, Linear cascades, Turbomachinery.
 
 



s34p10

PERFORMANCE SIMULATION OF A CENTRIFUGAL PUMP FOR LIQUID ROCKET ENGINE TURBOPUMP

Renato Y. Tamashiro - [email protected]
João R. Barbosa - [email protected] S34P10
Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Departamento de Energia
12.228-901 São José dos Campos - SP

The head and efficiency curves as functions of anti-cavitational parameters are obtained. A methodology for the design and simulation of a centrifugal pump for liquid rocket engine turbopump is defined. The pump major dimensions are determined: pump inlet, screw inducer, impeller, volute and diffuser, from the fluid characteristics and the pump design point condition. A loss model that takes in account the most important loss sources (Tamashiro, 1999) is defined. An algorithm, written in MathCAD language, is used to solve the related system of equations. After the pump geometry is calculated, a new algorithm is defined to calculate the losses and other pump parameters at off-design point operation. The quality of the adopted model was verified comparing data from the RD-109 rocket engine turbopump with the calculated in this work.

Keywords: Propulsion, Rockets, Turbopump, Centrifugal pump
 
 



s34p11

SIMULATION OF GAS TURBINES OPERATING IN OFF-DESIGN CONDITION

Arnaldo Walter: [email protected]
University of Campinas - Dept. of Energy
DE/FEM/Unicamp - P.O. Box 6122 - ZIP code 13083-970 - Brazil

In many countries thermal power plants based on gas turbines have been the main option for new investment into the electric system due to their relatively high efficiency and low capital cost. Cogeneration systems based on gas turbines have also been an important option for the electric industry. Feasibility studies of power plants based on gas turbine should consider the effect of atmospheric conditions and part-load operation on the machine performance. Doing this, an off-design procedure is required. A GT off-design simulation procedure is described in this paper. Ruston RM was used to validate the simulation procedure that, general sense, presents deviations lower than 2.5% in comparison to manufacturer's data.

Keywords. Gas turbines; simulation