ПРОГНОЗУВАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВИСОКОНАПІРНОЇ РАДІАЛЬНО-ОСЬОВОЇ ГІДРОТУРБІНИ З ВИКОРИСТАННЯМ ПРОГРАМНОГО КОМПЛЕКСУ CFD
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
Анотація
В даний час розвиток пакетів прикладних програм для розрахунку задач обчислювальної гідроаеродинаміки досяг високого рівня ефективності, точності і гнучкості, з їх допомогою можна вирішувати самі різноманітні та складні задачі. Всі сучасні пакети програм обчислювальної гідроаеродинаміки вирішують завдання механіки суцільного середовища, використовуючи моделі, побудовані на основі рівнянь Нав'є-Стокса. В основу цих моделей входять три рівняння збереження: збереження маси, збереження імпульсу і збереження енергії. Було проведено чисельне моделювання просторового потоку високонапірної радіально-осьової гідротурбіни РО 310 для двох варіантів проточної частини – с робочим колесом, що має 15 лопатей (модифікація 1) та з 17 лопатями (модифікація 2), з використанням пакета прикладних програм OpenFOAM. Програмний комплекс OpenFOAM є одним з найбільш використовуваних продуктів, призначених для вирішення завдань гідродинаміки, що розповсюджуються за вільною ліцензією GPL (General Purpose License). Процес вирішення поставлених гідродинамічних задач за допомогою програмного комплексу CFD (Computational fluid dynamics) включає в себе наступні етапи: створення тривимірної моделі розглянутого об’єкта за допомогою системи автоматичного проектування; побудова розрахункової сітки з необхідними параметрами; вибір математичної моделі, яка найточніше описує робочий процес в проточних частинах гідромашин; вибір відповідної моделі турбулентності; завдання граничних умов. Приведено візуалізацію результатів чисельного дослідження двох модифікацій гідротурбіни РО 310-В100. Представлено методику розрахунку гідравлічних втрат в проточній частині гідротурбіни. Виконано аналіз результатів чисельного моделювання. Даний аналіз показав, що модифікація гідротурбіни з робочим колесом, що має 15 лопатей, краща по значенню ККД, ніж модифікація з 17 лопатями. Порівняння двох модифікацій проводилося виключно по значенням гідравлічного ККД гідротурбіни.
Блок інформації про статтю
Посилання
Drankovskiy V. E., Rezvaya K. S., Krupa Е. S. Сalculating three-dimensional fluid flow in the spiral casing of the reversible hydraulic machine in turbine mode. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2016, no. 20 (1192), pp. 53–57.
Khare R., Prasad V., Kumar S. CFD approach for flow characteristics of hydraulic Francis turbine. International Journal of Engineering Science and Technology. 2010, vol. 2 (8), pp. 3824–3831.
Brijkishore, Khare R., Prasad V. Performance Evaluation of Kaplan Turbine with Different Runner Solidity Using CFD. Advances in Intelligent Systems and Computing. Singapore, Springer Publ., 2020, pp. 757–767. doi: 10.1007/978-981-13-8196-6_67
Wahidullah H. S., Prasad V. Design and permance analysis of Francis turbine for hydro power station on Kunar river using CFD. International Journal of Advanced Research. 2017, No. 5 (5), pp. 1004–1012.
Pankaj G., Rajeshwer S. Numerical Study of Cavitation in Francis Turbine of a Small Hydro Power Plant. Journal of Applied Fluid Mechanics. 2016, no. 9 (1), pp. 357–365. doi: 10.18869/ acadpub.jafm.68.224.24080
Rezvaya K., Krupa E., Drankovskiy V., Potetenko O., Tynyanova I. The numerical research of the flow in the inlet of the high-head hydraulic turbine. Bulletin of NTU "KhPI". Series: New solutions in modern technologies. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2017, vol. 7 (1229), pp. 97–102. doi:10.20998/2413-4295.2017.07.13
Dehkharqani A. S., Cervantes M. J., Aidanpää J. O. Numerical analysis of fluid-added parameters for the torsional vibration of a Kaplan turbine model runner. Advances in Mechanical Engineering. 2017, vol. 9, issue 10, pp. 1–10. doi: 10.1177/1687814017732893
Brekke H. Design, Performance and Maintenance of Francis Turbines. Global Journal of Researches in Engineering Mechanical and Mechanics Engineering. 2013, vol. 13 (5), pp. 28–40.
Rusanov A., Rusanov R., Lampart P., Designing and updating the flow part of axial and radial-axial turbines through mathematical modeling. Open Engineering. 2015, vol. 5, pp. 399–410.
OpenFOAM. The open source CFD toolbox. Available at: http://www.openfoam.com (accessed 04.03.2020).
Zhang H., Zhang L. Numerical simulation of cavitating turbulent flow in a high head Francis turbine at part load operation with OpenFOAM. Procedia Engineering. 2012, vol. 31. pp. 156–165. doi: 10.1016/j.proeng.2012.01.1006.
Krupa Ye. S. Chysel'ne modelyuvannya prostorovoho potoku v pidvodi os'ovoyi povorotno-lopatevoyi hidroturbiny [Numerical simulation of the spatial flow in the approach of the Kaplan turbine]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2017, no. 42 (1264), pp. 77–83.
Krasnopolsky B., Medvedev A. Acceleration of large scale OpenFOAM simulations on distributed systems with multicore cpus and gpus. Parallel Computing: On the Road to Exascale. Series: Advances in Parallel Computing. Amsterdam, IOS Press Publ., 2016, vol. 27, pp. 93–102. doi: 10.3233/978-1-61499-621-7-93
Kochevskiy А. N., Nenya V. G. Sovremenny podkhod k modelirovaniyu i raschetu techenij zhidkosti v lopastnykh gidromashinakh [Modern approach to modeling and calculating fluid flow in blade hydraulic machines]. Visnyk Sums'koho derzhavnoho universytetu. Seriya: Теkhnichni nauky [Sumy State University Bulletin: Technical Sciences Series]. Sumy, SumDU Publ., 2003, no. 13 (59), pp. 195–210.
Mironov K., Oleksenko Yu. Primeneniye CFD pri proyektirovanii elementov protochnoy chasti gidroturbiny [Application of CFD in design elements flow space of hydroturbine] Vіsnik NTU«KhPІ». Ser.: Gіdravlіchnі mashini ta gіdroagregati [Bulletin of NTU "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydrounits]. Kharkiv : NTU "KhPI" Publ., 2016, no 20 (1192), pp. 116–121.
Nilsson H., Cervantes M. Effect of inlet boundary conditions, on the computed flow in the Turbine-99 draft tube, using OpenFOAM and CFX. 26th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems. IOP Conference. Series: Earth and Environmental Science. Vol. 15. Bristol, IOP Publ., 2012, pp. 1–9. doi: 10.1088/1755-1315/15/ 3/032002
Duan X. H., Kong F. Y., Liu Y. Y., Zhao R. J., Hu Q. L. The numerical simulation based on CFD of hydraulic turbine pump. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 129. 2016.
Elin A., Lugova C., Kolesnik E. Testing of the CFX-5 package on the examples of flow of liquid and gas in the running parts of VNIIAEN specialization pumps: flow modeling in the flow part of the intermediate stage of the multistage centrifugal pump. Scientific and practical journal "Pumps and equipment". 2007, vol. 6 (47), pp. 42–46.
Starodubtsev Y. V., Gogolev I. G., Solodov V. G. Numerical 3D model of viscous turbulent flow in one stage gas turbine and its experimental validation. Journal of Thermal Science. 2005, vol. 14, pp. 136–141.
Bychkov I. M. Verification of the OpenFOAM application package on aerodynamic profile flow problems. XIX school-seminar "Aerodynamics of Aircraft". 2008.