Чисельне моделювання робочого процесу в проточній частині радіально-осьової гідротурбіни РО45

Abstract

Представлено результати розрахунку потоку в'язкої нестисливої рідини в проточній частині натурної низьконапірної радіально-осьової гідротурбіни РО45, що була розроблена фірмою ВАТ «Харківтурбоінжиніринг» і впроваджується компанією Go Goal (Індія) для проекту модернізації ГЕС Дхаліпур (Індія). Модель проточної частини, що запропонована «Харківтурбоінжиніринг», була випробувана на гідродинамічному стенді. Її геометричні параметри незначно відрізняються від турбін ГЕС Дхаліпур. Була поставлена і вирішена задача шляхом повної заміни експериментальних досліджень на розрахункові визначити гідродинамічні параметри турбіни в широкому діапазоні експлуатаційних режимів, підтвердити її високі показники і їх відповідність тендерним вимогам. Моделювання течії в'язкої нестисливої рідини в проточній частині гідротурбіни РО45 виконано за допомогою програмного комплексу IPMFlow на основі чисельного інтегрування рівнянь Рейнольдса з додатковим членом, що містить штучну стисливість. Для врахування турбулентних ефектів застосовується диференціальна двопараметрична модель турбулентності SST Ментера. Чисельне інтегрування рівнянь проводиться за допомогою неявної квазімонотонної схеми Годунова другого порядку точності за простором і часом. Дискретизація досліджуваної розрахункової області виконана за допомогою структурованої (канали направляючого апарату і робочого колеса) і неструктурованою (спіральна камера з колонами статора і відсмоктувальна труба) сітки з шестигранними комірками. В результаті численних досліджень були отримані такі результати: визначено структуру потоку у всіх елементах проточної частини і визначено значення ККД турбіни для експлуатаційних режимів, що відповідають 60; 70; 80; 90; 100 % від номінальної потужності при розрахунковому і максимальному напорах на станції; визначено параметри оптимальних за ККД режимів для цих напорів. Аналіз результатів численних досліджень підтвердив високі енергетичні характеристики гідротурбіни і їх відповідність вимогам замовника. Підтверджено, що деяка відмінність геометричних параметрів підводу несуттєво вплинула на показники проточної частини.

The results of the viscous incompressible fluid flow calculation in the flow part of the full-scale Francis hydraulic turbine RO45, developed by Kharkovturboengineering OJSC and implemented by Go Goal (India) for the Dhalipur HPP modernization project (India), are presented. The model of the flow part offered by Kharkovturboengineering was tested on a hydrodynamic test bench. Its geometrical parameters slightly differ from the turbines of the Dhalipur hydroelectric power plant. The task was stated and solved by completely replacing the experimental studies with the numerical ones to determine the hydrodynamic parameters of the turbine in a wide range of operating modes, to confirm the high performance of the turbine and their compliance with tender requirements. The viscous incompressible fluid flow in the flowing part of a RO45 Francis hydraulic turbine was simulated using the IPMFlow software package based on the numerical integration of the Reynolds equations with an additional term containing artificial compressibility. To consider turbulent effects, the Menter’s SST two-parameter differential turbulence model is used. The numerical integration of the equations is carried out using the implicit quasimonotonic Godunov scheme of the second order of accuracy in space and time. Discretization of the computational domain in question was performed using a structured (channel of the guiding apparatus and impeller) and unstructured (spiral chamber with stator columns and suction pipe) mesh with hex cells. As a result of numerical studies, the following results were obtained: the flow structure was determined in all elements of the flow part and the value of the turbine efficiency for operating modes corresponding to 60; 70; 80; 90; 100% of rated power at rated and maximum heads of the plant; the parameters of the optimal efficiency modes for these heads are determined. An analysis of the results of numerical studies confirmed the high energy characteristics of the turbine and their compliance with customer requirements. It was confirmed that some difference in the geometrical parameters of the admission did not significantly affect the parameters of the flow part.