Кафедри

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/35393

Переглянути

Фільтри

2017 - 201932020 - 20244

Налаштування

Ключові слова: search.filters.subject.spatial flow

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 7 з 7
  • Ескіз
    Документ
    Numerical study of flow parameters in the high-head francis turbine
    (Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Krupa, Yevhenii; Demchuk, Roman
    The 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.
  • Ескіз
    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.
  • Ескіз
    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.
  • Ескіз
    Документ
    Modern software for the numerical study of flow in hydraulic machines
    (Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Krupa, Y. S.; Demchuk, Yevheniia
    In 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.
  • Ескіз
    Документ
    Современное состояние программных комплексов CFD для численного исследования пространственного потока в гидромашинах
    (Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", 2019) Крупа, Евгений Сергеевич; Недовесов, Владлен Александрович
    В настоящее время актуальным является совершенствование вычислительных программных комплексов, что в свою очередь приводит к конкуренции на рынке программного обеспечения. Специалисты, работающие в любой отрасли, должны владеть компьютером не только на уровне пользователя, но и на уровне программистов, чтобы на базе существующих программных комплексов программировать модули для собственных потребностей. Не исключением является и область гидроэнергетики. В работе проведен аналитический обзор современных программных комплексов CFD. Проанализированы преимущества и недостатки данных программ в части построения трехмерной модели объекта исследования, создания расчетной сетки, задания граничных условий и визуализации результатов расчета. Для решения гидродинамических задач существует много различных программ, одними из передовых коммерческих программных комплексов являются Ansys, SolidWorks Flow Simulation, Autodesk CFD. Так же существуют программы с открытым исходным кодом, самым популярным на данный момент является OpenFOAM. Данные системы автоматического проектирования (САПР) позволяют не только выполнить качественное моделирование систем различной физической природы, но и исследовать отклик этих систем на внешние воздействия в виде распределения давления, температур, скоростей. Алгоритмы проведения расчета в программах похожи, отличительные особенности программ можно оценить по следующим критериям: генерация сетки, точность, надежность (сходимость), скорость вычислений, физика модели, гибкость системы. Так же следует отметить, что коммерческие программные комплексы более удобны в использовании благодаря проработанному интерфейсу пользователя, в бесплатных комплексах интерфейс менее развит и для работы потребуются знания определенного списка команд и знания синтаксиса программы. Для создания геометрии модели так же существует множество программ (SolidWorks, Autodesk Inventor, Компас-3D и др.). Трехмерная модель объекта исследования необходима для последующей интеграции в CFD комплекс. Использование этих программ позволяет сократить цикл разработки, снизить стоимость изделий и повысить качество продукции.
  • Ескіз
    Документ
    Дослідження течії водопіщаної суміші у гідропіскоструминному перфораторі
    (НТУ "ХПІ", 2018) Римчук, Данило Васильович; Пономаренко, Віта Василівна
    Гідропіскоструминна перфорація знаходить все більш широке застосування при освоєнні, ремонті та інтенсифікації нафтових та газових свердловин. У статті представлено принципи роботи та переваги роботи методу гідропіскоструминної перфорації. Багато вчених займаються важливим питанням підвищення ефективності гідропіскоструминних технологій в нафтогазовій промисловості. Авторами запропоновано використання чисельного експерименту для дослідження та вдосконалення робочого процесу гідропіскоструминного перфоратора. За допомогою відкритої інтегрованої платформи OpenFOAM, котра досить добре зарекомендувала себе при розрахунку багатофазних сумішей, проведено чисельне дослідження просторової в'язкої течії водопіщаної суміші в гідропіскоструминному перфораторі. В роботі представлено результати тривимірного розрахунку течії за допомогою двопараметричної моделі турбулентності Ментера k-ω SST та моделі, котра описує рух водопіщаної суміші. Проведено аналіз структури потоку і втрат енергії і ньому. Подальше порівняння чисельних й експериментальних даних дає змогу стверджувати про правильність вибору моделі течії та її використання в майбутніх дослідженнях при вдосконаленні чи модифікації окремих елементів гідропіскоструминних перфораторів. Визначено основні перспективні напрямки дослідження робочого процесу гідропіскоструминного перфоратора при його роботі на трьохфазних рідинах та при різній установці кута насадки.
  • Ескіз
    Документ
    Анализ рабочего процеса в рабочих колесах высоконапорных обратимых радиально-осевых гидромашин
    (НТУ "ХПИ", 2017) Дранковский, Виктор Эдуардович; Хавренко, Михаил Юрьевич
    Проведен анализ рабочего процесса в рабочих колесах высоконапорных обратимых гидромашин на напоры 300, 500 и 700 метров в насосном режиме работы. Построены 3D модели рабочих колес на соответствующие напоры. В ходе исследования были определены давления и скорости в проточной части рабочих колес и представлены в работе графическом виде. Получены графические зависимости напора и КПД от расхода. Расчеты проведены для пяти значений подач.