Published November 20, 2020 | Version v1
Publication Open

Computational Analysis on Numerical Simulation of Internal Flow Physics for Pump as Turbine in Renewable Small Hydro Energy Generation

Creators

  • 1. Jiangsu University
  • 2. University of Energy and Natural Resources
  • 3. COMSATS University Islamabad

Description

Energy contributes significantly in almost all aspects of human life as well as economic activities and plays a crucial role in the infrastructural development of a county to alleviate poverty. Generating energy from a renewable source such as small hydropower through the application of pump operating as a turbine mode called Pump as Turbine is one of the best alternatives to provide clean and inexpensive energy. Using Pump as Turbine helps in generating reasonably priced hydroelectric power for communities in underdeveloped counties. This study investigates the effects of internal flow behaviour and performance of Pump as Turbine under different rotational speed and flow rate. The rotational speed is an essential physical parameter as it affects the Pump as Turbine operation. A model-specific speed centrifugal pump model with head 32 (m), flow rate of 12.5 (m3/h) and the rotational speed of 2900 rpm, has been selected for the study. Numerical simulations have been conducted using the k-ω turbulence model to solve three-dimensional (3D) equations. The pump mode experimental data were used to confirm the results for better analysis. The results predicted that vortex and turbulent kinetic energy increase per rotational speed increase. Also, at the higher rotational speed, very high recirculation of flow is detected at the blade suction chamber, although the pressure side has a smooth flow. This study provides beneficial information which will serve as a reference to help improve PAT performance along with selecting PAT for a small hydropower site. Future works will consider the impact of blade thickness and cavitation in Pump as Turbine.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تساهم الطاقة بشكل كبير في جميع جوانب الحياة البشرية تقريبًا وكذلك الأنشطة الاقتصادية وتلعب دورًا حاسمًا في تطوير البنية التحتية للمقاطعة للتخفيف من حدة الفقر. يعد توليد الطاقة من مصدر متجدد مثل الطاقة الكهرومائية الصغيرة من خلال تطبيق المضخة التي تعمل كوضع توربين يسمى Pump as Turbine أحد أفضل البدائل لتوفير طاقة نظيفة وغير مكلفة. يساعد استخدام المضخة كتوربين في توليد الطاقة الكهرومائية بأسعار معقولة للمجتمعات في المقاطعات المتخلفة. تبحث هذه الدراسة في تأثيرات سلوك التدفق الداخلي وأداء المضخة كتوربين تحت سرعة دوران ومعدل تدفق مختلفين. تعد سرعة الدوران معلمة مادية أساسية لأنها تؤثر على المضخة أثناء تشغيل التوربين. تم اختيار نموذج مضخة الطرد المركزي للسرعة الخاصة بالنموذج برأس 32 (م)، ومعدل تدفق 12.5 (م 3/ساعة) وسرعة دوران 2900 دورة في الدقيقة، للدراسة. تم إجراء عمليات محاكاة رقمية باستخدام نموذج الاضطراب k - ω لحل المعادلات ثلاثية الأبعاد (3D). تم استخدام البيانات التجريبية لوضع المضخة لتأكيد النتائج من أجل تحليل أفضل. وتوقعت النتائج أن تزداد الدوامة والطاقة الحركية المضطربة لكل زيادة في سرعة الدوران. أيضًا، عند سرعة الدوران الأعلى، يتم اكتشاف إعادة تدوير عالية جدًا للتدفق في غرفة شفط الشفرات، على الرغم من أن جانب الضغط له تدفق سلس. توفر هذه الدراسة معلومات مفيدة والتي ستكون بمثابة مرجع للمساعدة في تحسين أداء PAT جنبًا إلى جنب مع اختيار PAT لموقع صغير للطاقة الكهرومائية. ستنظر الأعمال المستقبلية في تأثير سماكة الشفرة والتجويف في المضخة كتوربين.

Translated Description (French)

L'énergie contribue de manière significative à presque tous les aspects de la vie humaine ainsi qu'aux activités économiques et joue un rôle crucial dans le développement des infrastructures d'un comté pour réduire la pauvreté. La production d'énergie à partir d'une source renouvelable telle que la petite hydroélectricité par l'application d'une pompe fonctionnant en mode turbine appelée Pump as Turbine est l'une des meilleures alternatives pour fournir une énergie propre et peu coûteuse. L'utilisation de la pompe comme turbine aide à générer de l'énergie hydroélectrique à prix raisonnable pour les communautés des comtés sous-développés. Cette étude étudie les effets du comportement d'écoulement interne et des performances de la pompe en tant que turbine sous différentes vitesses de rotation et débits. La vitesse de rotation est un paramètre physique essentiel car elle affecte le fonctionnement de la pompe en tant que turbine. Un modèle de pompe centrifuge à vitesse spécifique au modèle avec une tête de 32 (m), un débit de 12,5 (m3/h) et une vitesse de rotation de 2900 tr/min a été sélectionné pour l'étude. Des simulations numériques ont été menées à l'aide du modèle de turbulence k-ω pour résoudre des équations tridimensionnelles (3D). Les données expérimentales du mode pompe ont été utilisées pour confirmer les résultats pour une meilleure analyse. Les résultats ont prédit que l'augmentation du vortex et de l'énergie cinétique turbulente par augmentation de la vitesse de rotation. En outre, à la vitesse de rotation plus élevée, une recirculation très élevée de l'écoulement est détectée au niveau de la chambre d'aspiration de la pale, bien que le côté pression ait un écoulement lisse. Cette étude fournit des informations utiles qui serviront de référence pour aider à améliorer les performances de PAT tout en sélectionnant PAT pour un petit site hydroélectrique. Les travaux futurs tiendront compte de l'impact de l'épaisseur des pales et de la cavitation dans Pump as Turbine.

Translated Description (Spanish)

La energía contribuye significativamente en casi todos los aspectos de la vida humana, así como en las actividades económicas, y desempeña un papel crucial en el desarrollo de la infraestructura de un condado para aliviar la pobreza. La generación de energía a partir de una fuente renovable como la pequeña energía hidroeléctrica mediante la aplicación de una bomba que funciona como un modo de turbina llamado Bomba como Turbina es una de las mejores alternativas para proporcionar energía limpia y económica. El uso de la bomba como turbina ayuda a generar energía hidroeléctrica a un precio razonable para las comunidades de los condados subdesarrollados. Este estudio investiga los efectos del comportamiento del flujo interno y el rendimiento de la bomba como turbina bajo diferentes velocidades de rotación y caudales. La velocidad de rotación es un parámetro físico esencial, ya que afecta al funcionamiento de la bomba como turbina. Se ha seleccionado para el estudio un modelo de bomba centrífuga de velocidad específica del modelo con cabezal 32 (m), caudal de 12,5 (m3/h) y velocidad de rotación de 2900 rpm. Se han realizado simulaciones numéricas utilizando el modelo de turbulencia k-ω para resolver ecuaciones tridimensionales (3D). Los datos experimentales del modo bomba se utilizaron para confirmar los resultados para un mejor análisis. Los resultados predijeron que el vórtice y la energía cinética turbulenta aumentan por aumento de la velocidad de rotación. Además, a la velocidad de rotación más alta, se detecta una recirculación de flujo muy alta en la cámara de succión de la pala, aunque el lado de presión tiene un flujo suave. Este estudio proporciona información beneficiosa que servirá como referencia para ayudar a mejorar el rendimiento de PAT junto con la selección de PAT para un pequeño sitio de energía hidroeléctrica. Los trabajos futuros considerarán el impacto del espesor de la pala y la cavitación en la bomba como turbina.

Files

8869766.pdf.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:76a583a35e3031309014187b299e7add
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحليل الحسابي للمحاكاة العددية لفيزياء التدفق الداخلي للمضخة كتوربين في توليد الطاقة المائية الصغيرة المتجددة
Translated title (French)
Analyse informatique sur la simulation numérique de la physique de l'écoulement interne pour la pompe en tant que turbine dans la production d'énergie hydroélectrique renouvelable de petite taille
Translated title (Spanish)
Análisis Computacional sobre Simulación Numérica de Física de Flujo Interno para Bomba como Turbina en Pequeña Generación de Energía Hidroeléctrica Renovable

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3104138611
DOI
10.1155/2020/8869766

Is supplement to
https://openalex.org/W4317528993 (Other)
https://openalex.org/W378792427 (Other)
https://openalex.org/W3006833925 (Other)
https://openalex.org/W2933524336 (Other)
https://openalex.org/W2895786060 (Other)
https://openalex.org/W2743967428 (Other)
https://openalex.org/W2384943017 (Other)
https://openalex.org/W2002334337 (Other)
https://openalex.org/W1702038043 (Other)
https://openalex.org/W1516466712 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Ghana

References

  • https://openalex.org/W1999560971
  • https://openalex.org/W2002867629
  • https://openalex.org/W2007231860
  • https://openalex.org/W2020535947
  • https://openalex.org/W2039159490
  • https://openalex.org/W2040333012
  • https://openalex.org/W2042596066
  • https://openalex.org/W21376772
  • https://openalex.org/W2147049605
  • https://openalex.org/W2197572516
  • https://openalex.org/W2565031804
  • https://openalex.org/W2731626090
  • https://openalex.org/W2763409977
  • https://openalex.org/W2766859488
  • https://openalex.org/W2777177226
  • https://openalex.org/W2886520884
  • https://openalex.org/W2889952505
  • https://openalex.org/W2906827759
  • https://openalex.org/W3049598859
  • https://openalex.org/W3081636564
  • https://openalex.org/W3083211885
  • https://openalex.org/W3083418292
  • https://openalex.org/W3083425825
  • https://openalex.org/W3083799228
  • https://openalex.org/W3084043275
  • https://openalex.org/W3084274445
  • https://openalex.org/W4246769416