ЧИСЕЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПОТОКУ В ВИСОКОНАПІРНІЙ РАДІАЛЬНО- ОСЬОВІЙ ГІДРОТУРБІНІ

Анотація

Розглянуто науковий напрямок чисельного розрахунку просторового потоку в проточних частинах гідравлічних машин. Проведено огляд сучасних програмних комплексів та проаналізовано переваги їх використання у порівнянні з експериментальними дослідженнями. Зазначено, що оптимальним рішенням є поєднання експериментальних досліджень та чисельного моделювання. Це дозволяє перевірити результати моделювання в реальних умовах і вдосконалити модель на основі отриманих даних. Виконано огляд широко використовуваної програми Ansys, виділено її ключові характеристики та можливості для аналізу проточних частин гідравлічних турбін. Представлено алгоритм розрахунку параметрів потоку в гідравлічних турбінах з використанням програмного комплексу Ansys. Об'єктом дослідження в даній роботі є високонапірна радіально-осьова гідротурбіна РО 500. Побудовано геометрію гідравлічної турбіни з використанням секторного підходу. Цей метод дозволяє значно спростити розрахунки в межах обчислювальної динаміки рідини і зменшити об'єм обчислень без втрати точності результатів. Для вибору математичної моделі та моделі турбулентності проведено докладний аналіз задачі та вибрані моделі, які найкраще відповідають конкретній ситуації, щоб забезпечити надійні результати чисельного моделювання. Для розрахунку просторового потоку в проточній частині гідротурбіни було обрано стандартну k-ε модель турбулентності. Велику увагу приділено створенню обчислювальних сіток, якість яких сильно впливає на точність та надійність отриманих результатів. Для дискретизації проточної частини використано неструктуровану сітку з комірками тетраедральної форми, з локальним згущенням сітки біля кромок лопатей робочого колеса та лопаток направляючого апарату. В результаті чисельного розрахунку були розраховані значення основних параметрів потоку для розрахункового режиму роботи. Представлена картина течії в проточній частині, та отримано значення гідравлічних втрат та коефіцієнту корисної дії гідротурбіни. Отримані значення коефіцієнту корисної дії мають розбіжність з аналогічними експериментальними значеннями не більше 1 %. Проведено всебічний аналіз структури потоку в проточній частині. Запропоновано рекомендації щодо зміни кута лопаті β1 для зменшення ударних втрат на вході в робоче колесо.