Sebuah Studi Pada Efisiensi Turbin Cross-Flow Berdasarkan Pengukuran Eksperimental

Abstrak: - Sebuah penyelidiakan eksperimental tentang beberapa aspek yang terkait dengan efisiensi turbin Cross-Flow dan variasi adalah tujuan dari penelitian ini, termasuk pengembangan analisis teoritis untuk prediksi efisiensi sebagai fungsi dari rasio kecepatan pisau-jet dan validasi eksperimental. Kurva khusus untuk efisiensi pengukuran akan ditampilkan, menunjukan bahwa efisiensi puncak 84,8% dapat dicapai dengan turbin Cross-Flow, menggunakan hubungan geometris baru. Analisis hasil eksperimen menunjukan bahwa salah satu asumsi tradisional untuk arah aliran yang meninggalkan rotor tidak mewakili fisika aliran yang memadai. Konsekuensi dari pandaangan fikika baru ini dieksplorasi disini, mengarah ke hubungan teori baru untuk evolusi efisiensi. Hal ini menunjukan bahwa teori baru menjelaskan realitas lebih baik dari analisis sebelumnya dengan membandingan beberapa prediksi dengan data eksperimen.Kata Kunci: - Energi terbarukan;Turbomachinery; Turbin hidrolik; Pembangkit listrik tenaga air kecil; Cross Flow turbin; Model kerugian.

1. PendahuluanDalam beberapa tahun terakhir telah terjadi minat baru dalam pengembangan pembangkit listrik tenaga air ukuran kecil atau mikro di mana kepentingan untuk memiliki nilai nilai rendah pada awal investasi dan nilai efisiensi puncak tidak penting dan relevan. Sebuah turbin hidrolik murah yang telah diusulkan sering digunakan dalam kasus ini adalah turbin Cross Flow. Turbin ini dianggap sebagai turbin implus dengan masukan parsial, di mana air daun nozzle dalam bentuk menyilang persegi panjang bagian jet. Jet ini kemudian melintasi dua kali wilayah rotor dengan pisau, pertama kalinya dari luar untuk ruang kosong yang dikelilingi oleh pisau, dan untuk kedua kalinya dari ruang ini untuk luar rotor. Rotor tampak seperti drum, dengan pisau silinder dipasang sejajar dengan sumbu antara dua disk akhir. Defleksi dari jet air selama dua bagian yang disertai oleh pertukaran energi mekanik, yang merupakan tujuan utama dari turbin. Keuntungan utama dari jenis turbin ini adalah biaya pembuatan dan operasi rendah, perawatan mudah, dan yang menguntungkan kinerja pada kondisi beban sebagian. Fitur terakhir ini penting untuk menjalankan pembangkit sungai, seperti kecenderungan sebagian besar skema tenaga air kecil. Kerugian utama dari turbin Cross Flow adalah nilai nilai kecil dari puncak efisiensi yang dicapai, yang biasanya lebih rendah bahwa mereka dicapai dengan jenis yang lebih konvensional dari turbin hidrolik (seperti Pelton, Francis, dan Turbin Kaplan)Evolusi efisiensi tradisional sebagai fungsi dari kecepatan pisau telah dihitung dengan menggunakan model yang sangat sederhana (lihat [1] dan [2]) yang mengansumsikan bahwa sudut aliran relatif di keluarkan dari rotor adalah pelengkap dari sudut aliran relatif di rotor inlet . Namun, ia tidak memiliki pengakuan sebelumnya dalam literatur terbuka bahwa model teoritis ini memprediksi bahwa aliran sudut di keluaran dari rotor, , perubahan cukup banyak ketika rasio kecepatan pisau jet, , bervariasi dari nol sampai berjalan, sebuah fakta yang jelas bertentangan dengan asumsi umum yang dibuat dilapangan dari Turbomachinery, ketika menganalisis aliran keluar dari deretan pisau. Bahkan, dalam hal ini biasanya dianggap bahwa sudut aliran keluar harus tetap sekitar konstan dan sama dengan sudut blade dipintu keluar, jika aliran ini juga dipandu oleh barisan pisau (lihat Csanady [10] dan Dixon [11]). Menggunakan nomenklatur kami, itu harus (dalam sisa kertas, sudut pisau akan dilambangkan oleh apostrof, untuk membedakan mereka dari aliran sudut). Hasil eksperimen baru baru ini disajikan dalam Borges et al. [12] menunjukan bahwa memang sudut aliran keluar, tetap relatif konstan sebagai variasi kecepatan pisau, dan memiliki nilai yang sama dengan sudut pisau keluaran rotor, . Dalam tulisan ini, memutuskan untuk menjelajahi kontradiksi ini, dengan mengembangkan hubungan toeritis baru di mana sebagai ganti dari asumsi , salah satu akan memaksakan nilai konstan untuk sudut keluar rotor . Ternyata asumsi ini mengarah ke satu kumpulan hasil dan kesimpulan yang sangat berbeda dari prediksi teori sebelumnya, terutama untuk kondisi jauh dari titik terbaik efisiensi. Ini juga memiliki beberapa konsekuensi pada hubungan geometris yang paling tepat untuk digunakan dalam tahap desain jenis mesin.