Усовершенствованная методика расчета кавитационных показателей гидротурбины

• Автор: Румахеранг, Вулфилла Максмилиан
• Шифр специальности: 05.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Обзор и анализ работ, посвященных исследованиям кавитации в
гидротурбинах
1.1 Основные положения
1.2 Краткий анализ работ, посвященных исследованиям кавитации
1.3 Кавитационные показатели гидротурбины. Расчетные и экспериментальные методы их определения
2 Современные методы расчета течения жидкости в гидротурбинах
2.1 Трехмерные модели безкавитационного течения вязкой жидкости в проточной части гидротурбины
2.2 Методы моделирования кавитационного течения жидкости
2.2.1 Динамика кавитационного пузырька
2.2.2 Баротропная модель
2.2.3 Модели двухфазной квазигомогенной среды
2.3 Постановка задачи диссертационной работы
3 Разработка усовершенствованной методики расчета кавитационных
характеристик гидротурбины
3.1 Расчетные исследования кавитационного обтекания одиночного профиля на основе различных моделей кавитационного течения жидкости
3.2 Изменение плотности по профилу крыла при расчете кавитации
3.3 Методика расчета кавитационных характеристик профиля
4 Расчетные исследования кавитационных характеристик быстроходной гидротурбины типа Р075, сопоставление с результатами эксперимента
4.1 Расчет кавитационных характеристик гидротурбины Р075 с помощью
программного комплекса «ГРАНИТ»
4.2 Расчет кавитационных характеристик гидротурбины Р075 по предложенной методике с помощью программного комплекса РГМЕ/ТигЬо

4.3 Расчет кавитационных характеристик гидротурбины Р075 по предложенной методике с помощью программного комплекса ANSYS CFX
4.4 Экспериментальные исследования кавитационных характеристик гидротурбины Р075. Сопоставление результатов расчета и эксперимента
Расчетные исследования кавитационных характеристик тихоходной
гидротурбины типа РО230, сопоставление с результатами
эксперимента
5.1 Расчет кавитационных характеристик гидротурбины РО230 с помощью программного комплекса «ГРАНИТ»
5.2 Расчет кавитационных характеристик гидротурбины РО230 по предложенной методике с помощью программного комплекса FINE/Turbo
5.3 Экспериментальные исследования кавитационных характеристик гидротурбины РО230. Сопоставление результатов расчета и эксперимента
5.4 Рекомендации по заданию основных установок программного комплекса FINE/Turbo при расчета кавитации на основе баротропной модели
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность темы. Одним из основных факторов, определяющим надёжность и долговечность гидротурбин, является кавитация и связанная с нею кавитационная эрозия. Кавитация приводит к целому ряду отрицательных последствий, таких как: ухудшение энергетических характеристик гидромашины, резкое увеличение шума и вибраций, разрушение поверхности лопастей рабочего колеса. В результате сокращается межремонтный период, увеличивается продолжительность ремонтов, их трудоёмкость и стоимость. При достаточно развитой кавитации происходит резкое падение КПД турбины и срыв мощности. Кавитационные характеристики гидротурбины в значительной степени определяют выбор допустимой высоты отсасывания (высоты расположения рабочего колеса над уровнем нижнего бьефа), которая является одним из основных техникоэкономических показателей, определяющих возможность установки того или иного варианта гидротурбины для данной ГЭС и стоимость ее строительства.
Исследования кавитации и её отрицательных последствий ведутся уже на протяжении многих лет. Однако до настоящего времени основным способом надежного определения кавитационных характеристик гидротурбин оставался эксперимент. Экспериментальное определение кавитационных характеристик проводится путем испытаний моделей гидротурбин в лабораторных условиях на специальных кавитационных стендах. Следует отметить, что кавитационный эксперимент - это довольно сложный, трудоёмкий процесс, требующий огромных физических и экономических затрат.
Лишь сравнительно недавно был предложен способ построения срывной кавитационной характеристики гидротурбины, реализованный в программном комплексе «ГРАНИТ» и основанный на приближенной модели расчета кавитационного течения жидкости в рабочем колесе. Расчетные исследования показали, что в ряде случаев имеет место существенная погрешность определения кавитационных показателей гидротурбины с помощью программного комплекса «ГРАНИТ».

строгое сохранение массы, импульса и энергии при прохождении жидкости через поверхность интерфейса [26, 27, 29].
Граничные условия. На входной границе необходимо задать величину и направление вектора абсолютной скорости в виде трех ее проекций скорости или нормальной к входному сечению проекции скорости и двух углов потока, а также значения кие. Для расчета гидротурбины необходимо задать полную энергию жидкости на входе или напор.
Необходимо также задать величину статического давления установки руст в области рабочего колеса. Давление руст моделирует высоту отсасывания натурной гидротурбины и от величины руст существенно зависит режим кавитационного обтекания. Значение давления во входном сечении определяется в зависимости от величины руст по формуле:
где Ти= 5% - коэффициент турбулентности, 11опр —опорная скорость, равная входной скорости Уп, м/с.
Турбулентная диссипация є равна
Сд = 0,09 — константа модели турбулентности, р —динамическая вязкость. Для несжимаемой жидкости на входной границе принимают плотность, равной ПЛОТНОСТИ несжимаемой ЖИДКОСТИ ропр = Рд. Коэффициент турбулентной вязкости р(/р для внутреннего течения (турбомашин) обычно принимают равным 50.
В выходном сечении в качестве граничных условий задают расход и давление, которое связано с руст следующей зависимостью:
На твердых стенках задается условие прилипания жидкости.
Следует отметить, что помимо рассмотренной в этой главе трехмерной задачи турбулентного движения вязкой несжимаемой жидкости, в указанных выше
Рех = Руст- Ру + РдИ
(2.7)
Кинетическая энергия турбулентности к
(2.8)
(2.9)