Математичне моделювання і розрахунок силових і енергетичних характеристик підводу вертикальної гідротурбіни осьового типу при проектуванні її проточної частини

Abstract

Дисертація присвячена розрахунку силових і енергетичних характеристик підводу вертикальної гідротурбіни осьового типу на основі математичного моделювання течії рідини для створення варіанта проточної частини, що відповідає рівневі світових досягнень за енергетичними і експлуатаційними показниками. На основі аналізу робіт, присвячених моделюванню течії рідини в проточній частині, взята 3D- модель руху ідеальної рідини, що найбільш повно забезпечує досягнення поставленої мети. Чисельна реалізація практичних задач розрахунку поля швидкостей у проточній частині підводу з урахуванням взаємного впливу елементів здійснена на ЕОМ методом гідродинамічних особливостей. Тестування програм виконане шляхом порівняння з результатами задач, що мають точний аналітичний розв’язок, виконаними іншими авторами, а також результатами експериментальних досліджень. Розрахунок коефіцієнта опору підводу виконується на основі підходу, запропонованого Количевим В.О., шляхом поділу загальних втрат енергії на складові: тертя, кромкові, ударні, кінцеві. Запропонована методика реалізована у вигляді обчислювальної програми для ЕОМ. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3473

Диссертация посвящена расчету силовых и энергетических характеристик подвода вертикальной гидротурбины осевого типа на основе математического моделирования течения жидкости с целью создания варианта проточной части, отвечающего уровню мировых достижений по энергетическим и эксплуатационным показателям. Дальнейшее совершенствование ПЧ гидротурбины при достигнутом высоком уровне энергетических показателей порядка   0.97 невозможно без совместных экспериментальных и расчетно-теоретических исследований рабочего процесса, включающих изучение таких сложных явлений, как обтекание лопастных систем неравномерным потоком, учет взаимного влияния элементов подвода. Применение современных методов расчета, которые базируются на трехмерных моделях течения, расширяет возможности получения необходимого проектного решения, снижает его себестоимость, сокращает срок проектирования, создает наиболее благоприятные условия надежной эксплуатации гидротурбины. В диссертационной работе проведены исследования и разработан метод расчета гидродинамических характеристик элементов подвода и потока в случаях стационарного безотрывного течения жидкости в ПЧ с учетом взаимного влияния элементов для 2D- и 3D- моделей течения. Численная реализация практической задачи расчета поля скоростей в проточной части подвода с учетом взаимного влияния элементов осуществлена на ЭВМ методом гидродинамических особенностей. Предложенный в работе способ решения прямой задачи подвода отличается от метода С.М.Белоцерковского тем, что непрерывно распределенная по контуру профиля гидродинамическая особенность на элементарном участке считается постоянной (т.е. рассматривается панельная особенность, а не дискретная). Использованный в работе метод более эффективен, чем метод дискретных вихрей, так как позволяет получить требуемую точность с меньшим числом расчетных точек. Тестирование программ выполнено путем сравнения с результатами, выполненными другими авторами, и результатами экспериментальных исследований и показывает удовлетворительное согласование результатов. В работе предложен и проверен расчетом способ выбора оси поворота лопатки НА посредством совмещения ее с фокусом профиля. Он позволит обеспечить в реальных условиях отсутствия осевой симметрии потока перед НА более надежную работу турбины благодаря равномерному распределению момента поворота на каждой лопатке. Расчет коэффициента сопротивления подвода выполняется на основе подхода, предложенного Колычевым В.А., путем разделения общих потерь энергии на составляющие: трения, кромочные, ударные, концевые. На основе выполненных расчетов был сделан баланс распределения коэффициентов составляющих потерь энергии на колоннах статора и лопатках НА и проведен анализ влияния каждого элемента подвода на характеристику сопротивления подвода. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3473

The thesis is devoted to prediction of power characteristics of the intake of an axial-flow vertical hydroturbine on the basis of mathematical modeling of fluid flow with the purpose of creation of the flow passage of world wide performance level. The research was conducted using a 3D model of non-stationary flow of ideal fluid. The algorithm for numerical computation of velocity field in the flow passage of the intake, taking into account mutual influence of elements, was based on the method of discrete hydrodynamic singularities and implemented as a computer software tool. The software tool was tested by comparing with known analytical and experimental results. The resistance factor of the intake was computed basing upon approach suggested by Kolychev V.A., by dividing the total energy losses into components: friction, edge, impact, tail losses. This hypothesis was also implemented as a computer software tool. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3473