Кафедри
Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/35393
Переглянути
7 результатів
Результати пошуку
Документ Numerical study of flow parameters in the high-head francis turbine(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Krupa, Yevhenii; Demchuk, RomanThe scientific exploration of numerical computation regarding spatial flow within hydraulic machinery components is examined. A survey of contemporary software systems is conducted, and the benefits of their utilization over experimental studies are evaluated. It is indicated that the optimal approach involves a blend of experimental investigations and numerical simulation. This methodology facilitates the validation of simulation outcomes under real-world conditions and iteratively enhances the model based on acquired data. A review of the widely utilized Ansys software program is provided, emphasizing its pivotal features and capabilities for analyzing flow components of hydraulic turbines. An algorithm for computing flow parameters in hydraulic turbines using the Ansys software suite is outlined. The subject of this study is the high-head Francis hydraulic turbine Fr 500. The turbine's geometry was constructed employing a sector-based approach. This technique allows for significant simplification of calculations within the computational fluid dynamics framework, thereby reducing computational workload while preserving result accuracy. In selecting mathematical and turbulence models, a comprehensive analysis of the problem was undertaken, identifying models most suitable for the specific situation to ensure dependable numerical simulation outcomes. For spatial flow calculations in the turbine's flow component, the standard k-ε turbulence model was adopted. Considerable attention was devoted to mesh generation, as mesh quality strongly influences result accuracy and reliability. An unstructured mesh comprising tetrahedral-shaped cells was employed for discretizing the flow component, with local mesh refinement at the edges of the runner blades and guide vanes. As a result of numerical computations, the values of primary flow parameters for the design operating mode were determined. A visualization of the flow within the flow component is provided, alongside the assessment of hydraulic losses and turbine efficiency. The efficiency values obtained differ from corresponding experimental values by no more than 1 %. A thorough examination of the flow structure within the flow path was conducted, yielding recommendations for adjusting the blade angle β1 to reduce inlet impact losses.Документ Comparative analysis of software systems for hydraulic turbine flow simulation(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Krupa, Y. S.; Demchuk, R. M.; Volobuiev, A. V.; Kis, S. L.A comprehensive review of modern software complexes used for calculating spatial flow in hydraulic turbine flow parts was conducted. The widely used software system, Ansys, was analyzed. An overview of Ansys was provided, including its history, popularity within the CFD community, key features, and capabilities for analyzing the flow parts of hydraulic turbines. The preprocessing tools, solver parameters, post-processing functions, and visualization capabilities of Ansys were described. The advantages and limitations of using Ansys for calculating spatial flow in hydraulic turbine flow parts were analyzed. The open-source CFD software complex, OpenFOAM, was discussed. The main functions and capabilities of the OpenFOAM program were described. Information about solver libraries, meshing capabilities, advantages, and limitations for analyzing hydraulic turbines was presented, along with insights into the support from the scientific community and resources available to OpenFOAM users. SolidWorks FlowSimulation, which integrates with SolidWorks software, was examined. The unique features of SolidWorks FlowSimulation for analyzing spatial flow in hydraulic turbines were highlighted. The possibilities of CAD integration and the advantages of accurate geometric models were discussed. The capabilities of parametric analysis were explored, and the advantages and limitations of using SolidWorks FlowSimulation for calculating spatial flow in hydraulic turbine flow parts were analyzed. A comparison of the three software complexes was conducted based on their capabilities, ease of use, accuracy, computational resources required, and cost. An assessment of the advantages and disadvantages of each program was provided, along with recommendations for choosing the most suitable program based on specific use cases, objectives, and user requirements. This article serves as a valuable resource for engineers, designers, and researchers seeking insights into the available software systems for analyzing hydraulic turbine flow parts. It enables them to make informed decisions in selecting the most suitable software system based on their specific requirements, ultimately contributing to the optimization of hydraulic turbine performance and efficiency.Документ Calculation of the spatial flow in the francis high-head turbine using the CFD software package(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Krupa, Y. S.At present, the development of software packages for calculating computational fluid dynamics problems has reached a high level of efficiency, accuracy and flexibility, with their help it is possible to solve the most diverse and complex problems. All modern software packages for computational fluid dynamics solve the problems of continuum mechanics using models based on the Navier-Stokes equations. These models are based on three conservation equations: conservation of mass, conservation of momentum and conservation of energy. A numerical simulation of the spatial flow of a high-head radial-axial hydraulic turbine Fr 310 was carried out for two variants of the flow path – with an runner with 15 blades (modification 1) and with 17 blades (modification 2), using the OpenFOAM software package. The OpenFOAM software package is one of the most used products designed to solve fluid dynamics problems and is distributed under a free GPL license (General Purpose License). The process of solving the set hydrodynamic problems using the CFD (Computational fluid dynamics) software package includes the following stages: creating a three-dimensional model of the object under consideration using a computer-aided design system; construction of a computational grid with the required parameters; selection of a mathematical model that most accurately describes the working process in the flow parts of hydraulic machines; selection of a suitable turbulence model; setting boundary conditions. A visualization of the results of a numerical study of two modifications of the Fr 310-V-100 hydraulic turbine is presented. A method for calculating hydraulic losses in the flow path of a hydraulic turbine is presented. The analysis of the results of numerical simulation was performed. This analysis showed that the modification of a hydraulic turbine with a runner with 15 blades is better in terms of efficiency than the modification with 17 blades. Comparison of the two modifications was carried out exceptionally by the values of the hydraulic efficiency of the hydraulic turbine.Документ Development of horizontal bulb hydroturbines for high heads with a wide range of reliable operation modes(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Krupa, Y. S.The issues and directions for improving the energy-cavitation and operational performance of hydro turbine equipment of hydroelectric power plants are considered. The paper analyzes in detail the directions for improving the main indicators characterizing the energy and operational advantages of horizontal hydro turbines. Straight-axis Kaplan hydraulic turbines with a horizontal axis of rotation of the hydraulic unit have incomparable advantages compared to hydraulic turbines with water supply using a spiral case, in terms of higher throughput and a wider range of operation. The practice of hydraulic turbine construction has determined the range of heads for which different types of hydraulic turbines are used. The use of horizontal direct flow hydraulic turbines for heads of more than 40 meters encounters a number of problems of a hydrodynamic nature, strength, and reliable operation. The paper analyzes the advantages of direct-flow bulb hydro turbines and the possibility of using them for high heads. New design solutions are considered, for which Ukrainian patents have been obtained, allowing the use of horizontal bulb hydraulic units for higher heads (up to 300 meters) and at the same time obtaining a wider operating area not only in terms of flow rates, but also in terms of heads. The use of twin bulb hydraulic units will significantly expand the operational ranges of highly efficient and reliable operation of horizontal bulb hydraulic turbines at flow rates (power) that allow them to successfully operate at variable peak loads of daily regulation. Based on the analysis of the working process of various horizontal and diagonal turbines, the analysis of their universal characteristics, scientifically based proposals was developed for the nomenclature of twin bulb hydraulic units. The design of a horizontal hydraulic turbine using inlet nozzle channels is presented. The use of nozzle diaphragms as elements that create the angular momentum necessary for optimal operation of the hydraulic turbine makes it possible to use bulb direct-flow hydro units for high heads (80–100 meters).Документ Modern software for the numerical study of flow in hydraulic machines(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Krupa, Y. S.; Demchuk, YevheniiaIn the past few decades, the field of developing computer software systems has been actively developing, which in turn leads to competition in the software market. Qualified engineers working in the hydroturbine industry must be able to use a computer not only at the user level, but also at the programmer level in order to program modules for their own needs based on existing software systems. Recently, numerical simulation has become applicable to an ever wider class of flows, replacing experimental research methods. Certain numerical models are characterized by different areas of applicability and expenditures of computational resources. The paper provides an analytical review of modern CFD software systems. The advantages and disadvantages of these programs are analyzed in terms of building a three-dimensional model of the object of study, creating a computational grid, setting boundary conditions and visualizing the calculation results. The analysis and comparison of existing mathematical models that used to calculate the spatial flow in the flow path of hydraulic machines has been carried out. There are many different programs for solving hydrodynamic problems, some of the advanced commercial software systems are Ansys, SolidWorks Flow Simulation, Autodesk CFD. There are also open source software products. These automatic design systems make it possible not only to perform high-quality modeling of systems of various physical nature, but also to study the response of these systems to external influences in the form of distributions of pressures, temperatures, and velocities. The calculation algorithms in the programs are similar; the distinctive features of the programs can be evaluated according to the following criteria: grid generation, accuracy, reliability (convergence), calculation speed, model physics, system flexibility. The use of modern software packages for studying the hydrodynamic characteristics of the flow in hydraulic machines significantly reduces the time and material resources in comparison with physical modeling.Документ Чисельне дослідження енергетичних характеристик горизонтальної капсульної гідротурбіни(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Крупа, Євгеній СергійовичПроведення 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. 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 %.Документ Прогнозування енергетичних характеристик високонапірної радіально-осьової гідротурбіни з використанням програмного комплексу CFD(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Крупа, Євгеній Сергійович; Дмитрієнко, Ольга Вячеславівна; Тиньянова, Ірина Іванівна; Недовєсов, Владлен ОлександровичВ 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.