Diseño Optimizado de una Nueva Turbina de Hélice Hidráulica para Bajas Alturas
Autores: Barsi, Dario; Ubaldi, Marina; Zunino, Pietro; Fink, Robert
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Procedimiento de diseño optimizado
Turbina de propulsor hidráulico compacta
Baja altura
Ecuaciones de línea media de turbomaquinaria fundamentales
Correlaciones estadísticas
Optimización aerodinámica automatizada de un solo punto
Algoritmo genético
Solucionador de Navier-Stokes promediado por Reynolds tridimensional
Base de datos de rendimiento
Red neuronal artificial
Proceso de optimización de diseño
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
En el presente documento, se propone y desarrolla un procedimiento de diseño optimizado capaz de proporcionar la geometría de una turbina de propulsor hidráulico compacta de alta eficiencia para baja altura. El diseño preliminar de la turbina se basa en ecuaciones fundamentales de línea media de turbomaquinaria y en el empleo de correlaciones estadísticas, que relacionan los principales parámetros geométricos con los parámetros de diseño fundamentales. La primera geometría obtenida representa el punto de partida de un procedimiento automatizado de optimización aerodinámica de un solo punto basado en un algoritmo genético que genera y actualiza una amplia base de datos de geometrías de turbinas. El enfoque emplea un solucionador de Navier-Stokes (RANS) promediado por Reynolds en tres dimensiones (3D) para la construcción de la base de datos correspondiente de rendimiento. Se utiliza un meta-modelo, como una red neuronal artificial (ANN), para acelerar el proceso de optimización del diseño. El procedimiento se ha aplicado en el caso práctico de un nuevo prototipo de turbina de propulsor hidráulico simplificada para alturas muy bajas. El procedimiento de optimización de diseño adoptado es capaz de modificar las geometrías de las palas y de los álabes de la turbina para lograr automáticamente la altura neta objetivo y el máximo de la eficiencia total interna una vez que se asignan el diámetro, la tasa de flujo másico y la velocidad de rotación.
Descripción
En el presente documento, se propone y desarrolla un procedimiento de diseño optimizado capaz de proporcionar la geometría de una turbina de propulsor hidráulico compacta de alta eficiencia para baja altura. El diseño preliminar de la turbina se basa en ecuaciones fundamentales de línea media de turbomaquinaria y en el empleo de correlaciones estadísticas, que relacionan los principales parámetros geométricos con los parámetros de diseño fundamentales. La primera geometría obtenida representa el punto de partida de un procedimiento automatizado de optimización aerodinámica de un solo punto basado en un algoritmo genético que genera y actualiza una amplia base de datos de geometrías de turbinas. El enfoque emplea un solucionador de Navier-Stokes (RANS) promediado por Reynolds en tres dimensiones (3D) para la construcción de la base de datos correspondiente de rendimiento. Se utiliza un meta-modelo, como una red neuronal artificial (ANN), para acelerar el proceso de optimización del diseño. El procedimiento se ha aplicado en el caso práctico de un nuevo prototipo de turbina de propulsor hidráulico simplificada para alturas muy bajas. El procedimiento de optimización de diseño adoptado es capaz de modificar las geometrías de las palas y de los álabes de la turbina para lograr automáticamente la altura neta objetivo y el máximo de la eficiencia total interna una vez que se asignan el diámetro, la tasa de flujo másico y la velocidad de rotación.