Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Added Properties in Kaplan Turbine - a preliminary investigation
Luleå University of Technology, Department of Engineering Sciences and Mathematics.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

A preliminary investigation of the added properties called added mass, added damping and added stiffness have been performed for a Kaplan turbine. The magnitude of dimensionless numbers have been used in order to classify the interaction of the fluid and the solid. The classification is done to bring clarity in which of the added properties are of importance for the system.

The diameter of the runner and the hub have been calculated using the power output and the head for a Kaplan turbine. These dimensions have been used to determine the magnitude of the dimensionless numbers along with the velocity of the fluid. It turned out that all added properties affect the turbine, however, the magnitude of them are quite different. The magnitude of the added mass and the added damping are greater than the added stiffness, which often is neglected.

The added mass can be determined if the natural frequencies of the structure in air and in water are known. The difference in natural frequencies can be used to determine the added mass factor and thereby the added mass of the system. The added damping can be determined by the change in damping ratio for different surrounding fluids. This was done using the simulation software ANSYS Workbench v.17.1, where two different types of simulation were used, ”acoustic coupled simulation” and ”two way coupled simulation”. The complexity of the geometry of the Kaplan turbine was simplified to a disc and a shaft. The result for the added mass was validated using results from an experiment [1]. The added damping could be determined, but not validated. The different types of simulation have been compared and it turned out that the added mass could be determined using ”acoustic coupled simulation” and ”two way coupled simulation”, but the added damping could only be determined using the ”two way coupled simulation”. 

Abstract [sv]

En preliminär undersökning av de adderade egenskaperna kallade, adderad massa, adderad dämpning och adderad styvhet har utförts för en Kaplan turbin. Magnituden av dimensionslösa tal har använts för att klassificera interaktionen av fluiden och soliden. Klassificeringen görs för att bringa klarhet i vilka av de adderade egenskaperna är av betydelse för systemet.

Diametrarna för löphjulet och navet har beräknats utifrån effekt och fallhöjd för en Kaplan turbin. Dessa längder har använts för att bestämma magnituden av de dimensionslösa talen tillsammans med fluidens hastighet. Det visade sig att alla adderade egenskaper påverkar turbinen, men omfattningen av dem är helt annorlunda. Magnituden av den adderade massan och den adderade dämpningen är större än den adderade styvheten, som ofta försummas.

Den adderade massan kan bestämmas om de naturliga frekvenserna av strukturen i luft och vatten är kända. Skillnaden i egenfrekvenser kan användas för att bestämma faktorn av den adderade massan och därigenom den adderade massan. Den adderade dämpningen kan bestämmas genom ändringen i dämpningsförhållande för olika omgivande fluider. Detta gjordes med hjälp av simuleringsprogrammet ANSYS Workbench v.17.1, där två olika typer av simulering användes, ”acoustic coupled simulation” och ”two way coupled simulation”. Komplexiteten i geometrin för en Kaplan turbin förenklades till en skiva och en axel. Resultatet för den adderade massan validerades med resultat från ett experiment [1]. Den adderade dämpningen kunde bestämmas, men inte valideras. De olika typerna av simulering har jämförts och det visade sig att den adderade massan kan bestämmas med hjälp av både ”acoustic coupled simulation” och ”two way coupled simulation”, men den adderade dämpningen kunde endast bestämmas med hjälp av ”two way coupled simulation”. 

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , p. 48
Keywords [en]
Added mass, added damping, fluid-solid interaction, acoustic coupled simulation, two way coupled simulation
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-60925OAI: oai:DiVA.org:ltu-60925DiVA, id: diva2:1052466
Subject / course
Student thesis, at least 30 credits
Educational program
Sustainable Energy Engineering, master's level
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-12-21 Created: 2016-12-05 Last updated: 2016-12-21Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1428 kB)168 downloads
File information
File name FULLTEXT03.pdfFile size 1428 kBChecksum SHA-512
c46b997244aa9ce3e3f0721abcf1c4eb9e6c1a16ed9f3ad7b99ec71e9a55aeda23b0b07f310a67f46ce886e73666b3a5501fce626159afae160f9dd22e6f0f7b
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Engineering Sciences and Mathematics
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 168 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 222 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf