การเปรียบเทียบการไหลเชิงตัวเลขของกังหันหัวนํ้าตํ่ามากโดยใช้ RANS และ LES Comparison of Flow Simulation of Very Low Head (VLH) Turbine Using RANS and LES - นวนทอง วีระพล; เตชะเจษฎารังษี สิริวิชญ์ (Research on Modern science and Utilizing Technological Innovation Journal (RMUTI Journal), 2016)
บทคัดย่อ ดว้ ยขอ้ จำกัดดา้ นทรัพยากรคอมพิวเตอรส์ มรรถนะสูงและเวลาซีพียู (CPU Time) ที่ตอ้ งใชอ้ ยา่ งมีประสิทธิภาพ การเลือกใชวิ้ธีการคำนวณเชิงตัวเลขที่เหมาะสมจึงเปน็ สิ่งที่จำเปน็ มาก ดังนั้นวัตถุประสงคง์ านนี้คือการศึกษา เปรียบเทียบผลการคำนวณการไหลภายในกังหันหัวน้ำต่ำมาก (VLH Turbine) ที่ความเร็วใบพัด 200 รอบตอ่ นาที กับระดับหัวน้ำ 2 เมตร ด้วยแบบจำลองของการไหลปั่นป่วนแบบ RANS (realizable k- ) ที่สภาวะ การไหลคงที่ เปรียบเทียบกับแบบ LES (Smagorinsky-Lilly) ที่สภาวะการไหลไม่คงที่ เพื่อหาข้อสรุปผล ความแตกตา่ งเฉลี่ยของอัตราการไหล หัวน้ำรวม และแรงบิด ที่สง่ ผลตอ่ คา่ ความแตกตา่ งเฉลี่ยของประสิทธิภาพ และกำลังการผลิตของกังหัน งานวิจัยนี้จึงไดใ้ ชเ้ ทคนิคการสุม่ ลูกบาศกห์ ลายมิติแบบลาตินสำหรับการออกแบบ การทดลอง 30 รูปแบบกลุ่มตัวอย่าง ด้วยการปรับมุมระหว่างไกด์เวนและใบพัด พบว่าผลเปรียบเทียบกัน ระหว่าง 2 แบบจำลองของการไหลปั่นป่วน ให้ค่าความแตกต่างเฉลี่ยของอัตราการไหลและหัวนํ้ารวม มีค่าตํ่ากว่า 1% ผลต่างแรงบิดไม่เกิน 2% โดยส่งผลให้ค่าความแตกต่างเฉลี่ยของประสิทธิภาพและกำลัง การผลิตของกังหันประมาณ 3% ซึ่งจากผลตา่ งเชิงตัวเลขที่พบอาจสรุปไดว้ า่ ผลการใชแ้ บบจำลองของการไหล ปนั่ ปว่ นแบบ RANS (realizable k- ) และแบบ LES (Smagorinsky-Lilly) ใหค้ า่ แตกตา่ งอยา่ งไมมี่ นัยสำคัญมากนัก แบบจำลองของการไหลปนั่ ปว่ นแบบ RANS (realizable k- ) จึงเป็นอีกทางเลือก ที่เหมาะสมสำหรับกังหันหัวน้ำต่ำมาก เมื่อเทียบกับการใชท้ รัพยากรคอมพิวเตอรแ์ ละเวลาประมวลผลที่นอ้ ยกวา่ Abstract Due to the limitation of computer resources, the efficient numerical method is necessary. Thus, the objective of this study was to compare the computational results of a very low head turbine (VLH turbine) flow at the runner speed of 200 rpm and the water head level of 2 meters between the steady state turbulence model of RANS (realizable k- ) and the LES (Smagorinsky-Lilly) for the unsteady state. In order to identify the different results of the flow rate, the total head and the torque that affect the efficiency and the power output of the turbine, this research has used the Latin hypercube sampling technique for experimental design of 30 models by adjusting the angles between the guide vane and runner blade. By comparing the results of the two turbulent models, it was found that the difference between both models for the flow rate and the total head were less than 1%, and less than 2% for torque. The difference was less than 3% for the numerical results of power output and efficiency. It could be concluded that the difference of the numerical results using both turbulent models was not significant. Thus the turbulence model of RANS (realizable k- ) is appropriated for VLH turbine flow simulation when computer resources and time consumption are concerned.