Отправить статью по E-mail Прогнозирование энергетических и кавитационных характеристик быстроходных радиально-осевых гидротурбин
- Авторы: Жарковский А.А.1, Щур В.А.2, Мохаммад О.1
-
Учреждения:
- Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого
- Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
- Выпуск: Том 16, № 3 (2022)
- Страницы: 225-234
- Раздел: Гидравлические и пневматические системы
- URL: https://ogarev-online.ru/2074-0530/article/view/126629
- DOI: https://doi.org/10.17816/2074-0530-105208
- ID: 126629
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. Кавитация – это явление, которое возникает в лопастных гидравлических машинах: насосах, гидротурбинах, когда давление в определенной области потока достигает уровня давления насыщенного пара. Ее возникновение зависит от конструкции и режима работы гидротурбины (ГТ). Для того, чтобы спроектировать ГТ с высокими кавитационными качествами необходимо уметь надежно предсказывать это явление.
Цель. В статье приведено описание подходов к моделированию работы радиально-осевых гидротурбин на основе пакета программ ANSYS.
Методы. Лопастная система турбины на напор 75 метров смоделирована с помощью квазитрехмерных методов. Гидродинамические расчёты проведены в однофазной и двухфазной постановках с использованием пакета ANSYS CFX.
Результаты. Выполнено проектирование трехмерной твердотельной модели проточной части радиально-осевой гидротурбины с коэффициентом быстроходности ns =283. Проточная часть гидротурбины включает спиральную камеру, статор, направляющий аппарат, рабочее колесо и отсасывающую трубу. Проведено расчетное моделирование течения однофазной вязкой жидкости в гидротурбине на разных режимах для построения универсальной характеристики. Найден оптимальный коэффициент полезного действия и рассчитаны характеристики потока. Определены потери в элементах проточной части гидротурбины при различных режимах работы, найдена зона оптимальной работы гидротурбины. Рассчитано кавитационное течение с использованием модели двухфазного потока (вода-пар). Для обеих сторон лопасти рабочего колеса получено распределение давления, по которому можно судить о возможности возникновения кавитации в областях, в которых давление водяного столба меньше давления парообразования. Определено значение критического коэффициента кавитации для трёх наиболее неблагоприятных режимов, построена срывная характеристика – зависимость КПД от коэффициента кавитации. Визуализирована область, занятая паром на лопасти при кавитационном течении, определена ее площадь относительно площади поверхности лопасти.
Выводы. Спроектированная гидротурбина имеет хорошие энергетические и кавитационные качества, подтвержденные расчётом. Полученный вариант гидротурбины может быть использован как первоначальный, с дальнейшей оптимизацией лопастной системы и элементов проточной части, для улучшения энергетических и кавитационных качеств.
Ключевые слова
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Александр Аркадьевич Жарковский
Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого
Email: azharkovsky@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3044-8768
SPIN-код: 3637-7853
профессор, д.т.н., профессор
Россия, 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29Василий Алексеевич Щур
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Email: tshur_va@spbstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-9816-4323
SPIN-код: 3626-5109
к.т.н., доцент
Россия, 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29Омран Мохаммад
Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого
Автор, ответственный за переписку.
Email: omran3.m@edu.spbstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-9284-171X
SPIN-код: 5292-5533
аспирант
Россия, 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29Список литературы
- Bunea F., Ciocan G.D., Bucur D.M., et al. Hydraulic Turbine Performance Assessment with Implementation of an Innovative Aeration System // Water. 2021. Vol. 13, N 18. P. 2459. doi: 10.3390/w13182459
- Patel K., Desai J., Chauhan V., et al. Development of Francis Turbine using Computational Fluid Dynamics // The 11th Asian International Conference on Fluid Machinery and The 3rd Fluid Power Technology Exhibition, November 21–23, 2011, IIT Madras, Chennai, India. Chennai: IIT Madras, 2011. doi: 10.13140/2.1.2177.4402
- Shukla M.K., Jain R., Prasad V., et al. CFD Analysis of 3-D Flow for Francis Turbine // MIT international journal of Mechanical Engineering. 2011. Vol 1, N 2. P. 93–100.
- Топаж Г.И. Лопастные гидромашины и гидродинамические передачи. Основы рабочего процесса и расчета гидротурбин. СПб.: Изд-во Политех. ун-та, 2011.
- Celebioglu K., Altintas B., Aradag S., et al. Numerical research of cavitation on Francis turbine runners // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42, N 28. P. 17771-17781. doi: 10.1016/j.ijhydene.2017.03.180
- Zgolli R., Ennouri M., Kanfoudi H. Modeling of cavitation in hydraulic turbomachinery // 16th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, Apr 2016, Honolulu, United States. 2016. P. ffhal-01894392f.
- Жарковский А.А., А.В. С.А.и др. Математические модели рабочих процессов лопастных гидромашин. СПб.: Изд-во Политех. ун-та, 2011.
- Топаж Г.И. Лопастные гидромашины. Выбор основных параметров и элементов проточной части реактивных гидротурбин. СПб.: Изд-во Политех. ун-та, 2006.
- Барлит В.В. Гидравлические турбины. Киев: Вища школа, 1977.
- Пугачев П.В., Свобода Д.Г., Жарковский А.А. Расчет вязкого течения в лопастных гидромашинах с использованием пакета ANSYS CFX. СПб.: Изд-во Политех. ун-та, 2016.
- Moukalled F., Mangani L., Darwish M. The Finite Volume Method in Computational Fluid Dynamics. An Advanced Introduction with OpenFOAM and Matlab. Berlin: Springer, 2016.
- Gohil P.P., Saini R.P. Numerical Study of Cavitation in Francis Turbine of a Small Hydro Power Plant // Journal of Applied Fluid Mechanics. 2015. Vol. 6, N 1. P. 357–365. doi: 10.18869/ACADPUB.JAFM.68.224.24080
- Панов Л.В. Численное моделирование кавитационных течений вязкой жидкости в гидротурбинах. Автореф. дис. ... канд. тех. наук., Новосибирск, 2014.
Дополнительные файлы
