Study of the spatial flow in the flow part of the high-pressure francis turbine
Вантажиться...
Дата
2018
DOI
Науковий ступінь
Рівень дисертації
Шифр та назва спеціальності
Рада захисту
Установа захисту
Науковий керівник
Члени комітету
Видавець
НТУ "ХПІ"
Анотація
The paper presents some results of a computational study of the spatial turbulent flow of a viscous fluid in the flow part of the high-pressure Francis turbine Fr500, made using the CFX-TASCflow application program package. To improve the energy performance at the preliminary design stage of the turbine, numerical flow simulations should be carried out. This CFD approach reduces costs and time in comparison with the experimental approach and makes it possible to improve and analyze turbine performance and its design before the model is manufactured. The computational complex of programs provides an opportunity to see the picture of pressure distribution, the field of velocity vectors and the movement of fluid particles for substantiation and analysis of results. Numerical modeling of the spatial flow in the flow part of the turbine was carried out to determine changes in the energy characteristics, therefore, the k-ε turbulence model was chosen. As a result of the calculation, the distribution of speeds and pressures in the various elements of the hydraulic turbine was determined at different openings of the guide vane. The analysis of energy losses in the flow part of a Francis turbine: a spiral case, a stator withflat rings, a guide vane, a runner and a draft tube on the optimal operating mode of the hydraulic turbine, as well as an analysis of the effect of opening the guide vane on changes in energy losses in various elements of the flow parts. The results of the computational study confirm that the hydraulic efficiency of a hydraulic turbine largely depends on the losses in the guide vane and the runner, which means it is these elements that should be given the most attention, their design and coordination of the flow in them. The issue of increasing the energy performance of the flow parts of a high-pressure Francis turbine was also considered.
В роботі представлені деякі результати розрахункового дослідження просторової турбулентної течії в'язкої рідини в проточній частині високонапірної радіально-осьової гідротурбіни РО500, виконаного за допомогою комплексу прикладних програм CFX-TASCflow. Для поліпшення енергетичних показників на попередньому етапі проектування гідротурбіни проводиться чисельне моделювання потоку. Даний підхід CFD знижує витрати і час в порівнянні з експериментальними підходом і дає можливість удосконалити і аналізувати показники турбіни і її конструкцію до моменту виготовлення моделі. Розрахунковий комплекс програм надає можливість побачити картину розподілу тиску, поле векторів швидкості і руху частинок рідини для обґрунтування та аналізу результатів. Чисельне моделювання просторового потоку в проточній частині гідротурбіни було проведено для визначення зміни енергетичних характеристик, тому була обрана k-ε модель турбулентності. В результаті розрахунку були визначені розподіл швидкостей і тисків в різних елементах гідравлічної турбіни, при різних відкриттях напрямного апарату. Виконано аналіз втрат енергії в проточній частині радіально-осьової гідротурбіни: спіральній камері, статорі з плоскими кільцями, напрямному апараті, робочому колесі і відсмоктуючій трубі на оптимальному режимі роботи гідротурбіни, а також аналіз впливу відкриття напрямного апарату на зміни втрат енергії в різних елементах проточної частини. Наведені результати розрахункового дослідження підтверджують, що гідравлічний коефіцієнт корисної дії гідравлічної турбіни в значній мірі залежить від втрат в напрямному апараті і робочому колесі і означає саме цим елементам варто приділяти найбільші увагу, їх конструкції та узгодженню потоку в них. Також було розглянуто питання підвищення енергетичних показників проточної частини високонапірної радіально-осьової гідротурбіни.
В роботі представлені деякі результати розрахункового дослідження просторової турбулентної течії в'язкої рідини в проточній частині високонапірної радіально-осьової гідротурбіни РО500, виконаного за допомогою комплексу прикладних програм CFX-TASCflow. Для поліпшення енергетичних показників на попередньому етапі проектування гідротурбіни проводиться чисельне моделювання потоку. Даний підхід CFD знижує витрати і час в порівнянні з експериментальними підходом і дає можливість удосконалити і аналізувати показники турбіни і її конструкцію до моменту виготовлення моделі. Розрахунковий комплекс програм надає можливість побачити картину розподілу тиску, поле векторів швидкості і руху частинок рідини для обґрунтування та аналізу результатів. Чисельне моделювання просторового потоку в проточній частині гідротурбіни було проведено для визначення зміни енергетичних характеристик, тому була обрана k-ε модель турбулентності. В результаті розрахунку були визначені розподіл швидкостей і тисків в різних елементах гідравлічної турбіни, при різних відкриттях напрямного апарату. Виконано аналіз втрат енергії в проточній частині радіально-осьової гідротурбіни: спіральній камері, статорі з плоскими кільцями, напрямному апараті, робочому колесі і відсмоктуючій трубі на оптимальному режимі роботи гідротурбіни, а також аналіз впливу відкриття напрямного апарату на зміни втрат енергії в різних елементах проточної частини. Наведені результати розрахункового дослідження підтверджують, що гідравлічний коефіцієнт корисної дії гідравлічної турбіни в значній мірі залежить від втрат в напрямному апараті і робочому колесі і означає саме цим елементам варто приділяти найбільші увагу, їх конструкції та узгодженню потоку в них. Також було розглянуто питання підвищення енергетичних показників проточної частини високонапірної радіально-осьової гідротурбіни.
Опис
Ключові слова
spiral case, runner, guide vanes, draft tube, stator, energy losses, робоче колесо, спіральна камера, напрямний апарат, відсмоктуюча труба
Бібліографічний опис
Mironov K. A. Study of the spatial flow in the flow part of the high-pressure francis turbine / K. A. Mironov, Yu. Yu. Oleksenko, V. K. Mironov // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". Сер. : Гідравлічні машини та гідроагрегати = Bulletin of the National Technical University "KhPI". Ser. : Hydraulic machines and hydraulic units : зб. наук. пр.– Харків : НТУ "ХПІ", 2018. – № 46 (1322). – С. 25-29.