Математическое моделирование течения жидкости и анализ структуры потока в проточной части низконапорной осевой гидротурбины

Abstract

Представлены результаты расчетного исследования пространственного течения вязкой несжимаемой жидкости в проточной части осевой поворотно-лопастной гидротурбины ПЛ20 Кременчугской ГЭС при оптимальном угле установки лопасти рабочего колеса φл = 15° и при максимальном угле φл = 35°. Моделирование течения выполнено на основе численного интегрирования уравнений Рейнольдса с дополнительным членом, содержащим искусственную сжимаемость. Для учета турбулентных эффектов применена двухпараметрическая модель турбулентности Ментера (SST). Численное интегрирование уравнений проводится с помощью неявной квазимонотонной схемы Годунова второго порядка точности по пространству и времени. Расчеты проведены с помощью программного комплекса IPMFlow. Приведен анализ структуры течения жидкости в элементах проточной части, получены значения гидравлических потерь и локального кавитационного коэффициента. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных результатов.

Наведено результати чисельного дослідження просторової течії в'язкої нестисливої рідини в проточній частині осьової поворотно-лопатевої гідротурбіни ПЛ20 Кременчуцької ГЕС при оптимальному куті установки лопаті робочого колеса φл = 15° та при максимальному куті φл = 35°. Моделювання течії виконано на основі чисельного інтегрування рівнянь Рейнольдса з додатковим членом, що містять штучну стисливість. Для обліку турбулентних ефектів застосовано двопараметричну модель турбулентності Ментера (SST). Чисельне інтегрування рівнянь проводиться за допомогою неявної квазімонотонної схеми Годунова другого порядку точності за простором і часом. Розрахунки проведені за допомогою програмного комплексу IPMFlow. Наведено аналіз структури течії рідини в елементах проточної частини, одержавно значення гідравлічних втрат і локального кавітаційного коефіцієнта. Проведено порівняння розрахункових та експериментальних результатів.

The results of numerical investigation of spatial flow of viscous incompressible fluid in flow part of Kaplan turbine PL20 Kremenchug HPP at optimum setting angle of runner blade φb = 15° and at maximum setting angle φb = 35° are shown. The flow simulation has been carried out on basis of numerical integration of the Reynolds equations with an additional term containing artificial compressibility. The differential two-parameter model of Menter (SST) has been applied to take into account turbulent effects. Numerical integration of the equations is carried out using an implicit quasi-monotone Godunov type scheme of second - order accuracy in space and time. The calculations have been conducted with the help of the software system IPMFlow. The analysis of fluid flow in the flow part elements is shown and the values of hydraulic losses and local cavitation coefficient have been obtained. Comparison of calculated and experimental results has been carried out