ЧИСЕЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРИЗОНТАЛЬНОЇ КАПСУЛЬНОЇ ГІДРОТУРБІНИ
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
Анотація
Проведення чисельного експерименту дозволяє зменшити фінансові витрати на проведення лабораторних випробувань модельної гідротурбіни на гідродинамічних стендах, а також дозволяє у більш швидкі строки спроектувати високоефективну гідротурбіну, яка відповідає всім вимогам замовника. В останні роки був досягнутий істотний прогрес у створенні засобів моделювання та розрахунку течій рідини, що дозволяють виконувати розрахунок з настільки високою вірогідністю одержуваних результатів, що необхідний обсяг експерименту в багатьох випадках зводиться до мінімуму. Було проведено чисельне моделювання просторового потоку в горизонтальній капсульній гідротурбіні ПЛ-15ГК-100 з використанням двох сучасних програмних комплексів – комерційного FlowVision та OpenFOAM, який випущено під ліцензією GNU GPL (ліцензія вільно поширюваного програмного забезпечення з відкритим кодом). Процес вирішення поставлених гідродинамічних задач за допомогою програмних комплексів CFD (Computational Fluid Dynamics) включає в себе наступні етапи: створення тривимірної моделі об'єкта за допомогою системи автоматичного проектування; побудова розрахункової сітки з необхідними параметрами; вибір математичної моделі; вибір відповідної моделі турбулентності; завдання граничних умов. Приведено візуалізацію результатів чисельного дослідження просторового потоку по двом програмним комплексам та виконано порівняння результатів розрахунку з даними модельних випробувань. Здійснено розрахунок гідравлічних втрат в проточній частині горизонтальної гідротурбіни. Виконано аналіз результатів чисельного моделювання. Даний аналіз дозволив зробити висновок про подібність результатів розрахунку тривимірного протоку в проточній частини гідротурбіни в програмних комплексах FlowVision та OpenFoam. Отримані в результаті чисельного експерименту значення гідравлічного ККД гідротурбіни для обох програмних комплексів адекватно співпадають з аналогічними значеннями експериментальних досліджень, розбіжність складає близько 0,5 %.
Блок інформації про статтю
Посилання
Potetenko O. V., Drankovs'kyy V. E., Krupa Ye. S. Chysel'ne doslidzhennya prostorovoho potoku v protochniy chastyni kapsul'noho hidroahrehatu z dopomohoyu prohramnoho kompleksu FlowVision [Numerical study of the spatial flow in the flowing part of the capsule hydraulic unit using the software package FlowVision]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2013, no. 14 (988), pp. 72–78.
Barashkov S. V. FlowVision – suchasniy inzhenerniy instrument v doslidzhenni gazodinamichnih harakteristik kompresoriv [FlowVision is a modern engineering tool in the study of gas dynamic characteristics of compressors]. SAPR I grafIka. 2005, pp. 44–48.
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.
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
Bychkov I. M. Verification of the OpenFOAM application package on aerodynamic profile flow problems. XIX school-seminar "Aerodynamics of Aircraft". 2008.
OpenFOAM. The open source CFD toolbox. Available at: http://www.openfoam.com (accessed 04.03.2020).
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.
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
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
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
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
Shevchenko N. G., Shudrik А. L., Radchenko L. R. Osobennosti chislennogo modelirovaniya techeniya vyazkoy zhidkosti v kanalah pogruzhnyih lopastnyih nasosov nizkoy i sredney byistrohodnosti [Features of numerical modeling flow of viscous liquid in channels of submersible bladed pumps of low and average rapidity]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2015., no. 45 (1154), pp. 76–81.
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.
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.
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.
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