dc.creator |
ALBUQUERQUE, Rodrigo Barbosa da Fonseca e |
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dc.date.issued |
2006-08-18 |
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dc.identifier.uri |
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3224 |
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dc.description.abstract |
This work presents the development of a low cost computational methodology for the
conceptual design optimization of axial-flow hydraulic turbines (propeller turbines). The
methodology has been developed with a quasi-two dimensional flow model, employing
empirical correlations for cascade losses and flow deviations. The study is based on the
conservation principles for mass, energy and momentum. The radial equilibrium equation is
included in order to achieve a more realistic flow field. For reducing the number of design
variables, the runner blading stagger, chord-pitch ratio and camber are parameterized in terms
of their values at the hub, mean and tip stations. The design optimization algorithm has been
coded in MatLab™ language. This code searches for a basic geometry that maximizes the
turbine efficiency, given the design flow rate, rotational speed and bounds for the design
variables and also for the available head.
Two optimization techniques have been applied: a gradient based local search method
and a population set-based global search algorithm. The gradient based technique is a
standard Sequential Quadratic Programming, using the fmincon function from MatLab™,
which searches for local minimizers starting from an initial point. For the global searches, it is
presented the Controlled Random Search Algorithms, some of their versions and their
advantages in the design optimization problem.
An application example of the methodology is presented and discussed for the
optimization of a real tube type propeller turbine, previously tested in a laboratory rig. The
optimized solutions are compared with the original turbine design, showing the performance
improvements, according to the hydrodynamic modeling. Suggestions for methodology
improvements are also made. |
pt_BR |
dc.language |
por |
pt_BR |
dc.publisher |
Universidade Federal de Itajubá |
pt_BR |
dc.rights |
Acesso Aberto |
pt_BR |
dc.subject |
Máquina de fluxo |
pt_BR |
dc.subject |
Turbina hidráulica axial |
pt_BR |
dc.subject |
Modelagem de perdas e desvio |
pt_BR |
dc.subject |
Parametrização da geometria |
pt_BR |
dc.subject |
Técnica de otimização |
pt_BR |
dc.subject |
Projeto otimizado |
pt_BR |
dc.title |
Projeto de turbinas hidráulicas axiais com parametrização da geometria, equação de equilíbrio radial e técnicas de otimização |
pt_BR |
dc.type |
Dissertação |
pt_BR |
dc.date.available |
2022-03-30 |
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dc.date.available |
2022-03-30T13:46:49Z |
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dc.date.accessioned |
2022-03-30T13:46:49Z |
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dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/8519519088025779 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
MANZANARES FILHO, Nelson |
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dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/3703215687960139 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 |
OLIVEIRA, Waldir de |
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dc.contributor.advisor-co1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/7226409561260413 |
pt_BR |
dc.description.resumo |
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia computacional de baixo
custo para o projeto otimizado de turbinas hidráulicas axiais. A metodologia foi desenvolvida
usando-se um modelo de escoamento quase-bidimensional, com correlações empíricas para as
perdas e desvios nas grades. O estudo baseou-se nos princípios de conservação de massa,
energia e quantidade de movimento, considerando-se a equação de equilíbrio radial para se
obter um campo de escoamento mais realista. Tendo-se em vista um número reduzido de
variáveis de projeto, os ângulos de montagem, as razões corda-passo e os arqueamentos das
pás foram parametrizados em termos de seus valores nas estações do cubo, meio e ponta. O
algoritmo de projeto otimizado – solver e método de otimização – foi implementado num
programa escrito na linguagem MatLab®. Esse programa busca geometrias básicas que
maximizam o rendimento da turbina, dadas a vazão, rotação, restrições para a altura de queda
e faixas para as variáveis de projeto.
Duas técnicas de otimização foram aplicadas: um método de busca local, baseado em
gradiente, e um algoritmo populacional. O método de gradiente é uma Programação
Quadrática Seqüencial padrão, usando-se a função fmincon do MatLab®, que busca mínimos
locais partindo-se de uma estimativa inicial. Para as buscas globais, apresentam-se os
Algoritmos de Busca Aleatória Controlada, algumas versões e suas vantagens no problema de
projeto otimizado.
Um exemplo de aplicação da metodologia é apresentado e discutido. Trata-se da
otimização de uma turbina hélice tubular existente, previamente ensaiada em bancada de
testes. Soluções ótimas são comparadas com o projeto original da turbina, mostrando-se as
melhorias de desempenho, segundo a modelagem hidrodinâmica. Sugestões para o
aperfeiçoamento da metodologia são dadas no final. |
pt_BR |
dc.publisher.country |
Brasil |
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dc.publisher.department |
IEM - Instituto de Engenharia Mecânica |
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dc.publisher.program |
Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica |
pt_BR |
dc.publisher.initials |
UNIFEI |
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dc.subject.cnpq |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA |
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dc.relation.references |
ALBUQUERQUE, Rodrigo Barbosa da Fonseca e. Projeto de turbinas hidráulicas axiais com parametrização da geometria, equação de equilíbrio radial e técnicas de otimização. 2006. 94 f. Dissertação. (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2006. |
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