Advanced SectionHydro Turbine Design Project

• Introduction to fluid mechanics and electricity and magnetism

• Sign up for a design group in section tomorrow (groups of 4‐5)

• Design Project Analysis (HW set due on 11/6)• Evening session (on 11/4) to cover the design project 

analysis• MATLAB Calculations: Computer Lab during section on 

Monday 11/10• Building time: Week of Nov 11 in Prince Lab (short HW 

this week)• Group Presentation and tesing in section on Monday 

Nov 17th

Turbines

A contraption that extracts energy from a fluid flow

The primary method of acquiring the mechanical energy needed to power a generator

Impulse Turbines

Operate under Newton’s second law – force creates a time‐rate change of momentum

Energy is obtained by redirecting a high velocity jet of fluid

Reaction Turbines

Operate under Newton’s third law – every action has a reaction

Mechanical rotational energy is obtained when a high fluid pressure is decreased as the fluid passes across the turbine

Hybrids (e.g. Wind Turbine)

In a classic airfoil, lift is created by a forced pressure difference between the top and bottom, like a reaction turbine

The flow of air is also redirected by the fan blades, like an impulse turbine

Other Examples

Extracts power from combusted gases

Generators

Converts mechanical energy into electrical energy using magnets and wire in a closed circuit

Generating Electricity

Using a proper set up, rotational mechanical energy can be used to continuously move a wire through a magnetic field, and force electrons up or down the wire

ElectromagnetismIn a nutshell

Electrons passing through a wire creates a magnetic field around the wire

Current (I) is a measure of the quantity of electrons passing through a point every second

Magnetic flux density (B) is a measure of the strength of a magnetic field at a certain point

Alternating Currents and Fields

Magnetic field strength generated is directly related to the amount of current flowing through the wire

ωt

I/A

Conversely, if there is no current through a wire, you can induce current by passing a conductive material across magnetic field lines

Electromagnetic Induction

Current is induced when a conductive material passes across magnetic field lines. This happens when:

1. The magnetic field is changing

2. The conductive material is moving

Fleming’s right hand rule gives the direction of motion, magnetic field, and induced current

Advanced SectionHydro Turbine Design Project

• Introduction to fluid mechanics and electricity and magnetism

• Sign up for a design group in section tomorrow (groups of 4‐5)

• Design Project Analysis (HW set due on 11/6)• Evening session (on 11/4) to cover the design project 

analysis• MATLAB Calculations: Computer Lab during section on 

Monday 11/10• Building time: Week of Nov 11 in Prince Lab (short HW 

this week)• Group Presentation and tesing in section on Monday 

Nov 17th