Диагностика 3D профилей скорости в модели гидротурбины с использованием лазерной доплеровской анемометрии

• Автор: Рахманов, Виталий Владиславович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Диагностика трехмерных профилей скорости в конусе отсасывающей трубы моделей гидротурбин
1.1. Исследования течения в конусе отсасывающей трубы
1.2. Методы измерения ЗБ профилей скорости в гидродинамических потоках
1.3. Выводы по главе
2. Методы и способы построения ЗБ ЛДА
2.1 Особенности построения ЗБ Лазерного Доплеровского Анемометра на основе двух 20 коммутационных ЛДА
2.2 Метод синхронизации данных в коммутационной лазерной анемометрии
2.3. Выводы по главе
3. Проведение экспериментальных исследований и анализ полученных данных
3.1 Проведение эксперимента: режимы работы, напор и особенности моделей гидротурбин
3.2 Разработка методики проведения диагностики ЗБ профилей скорости в конусе отсасывающей трубы модели гидротурбины
3.3 Анализ распределения трех компонент скорости потока
3.4 Визуализация поля ЗБ вектора скорости
3.5. Выводы по главе
Выводы по работе
Литература
Приложение 1. Расчет расхождения пересечения лучей в воде на
разных длинах волн
Приложение 2. Ослабление лазерного излучения в зависимости от
длины волны и расстояния от источника в воде с примесями
Приложение 3. Справки об использовании результатов
разработки

Введение
Актуальность
В настоящее время повышение эффективности, надежности и качества работы гидротурбин и других гидротехнических устройств является актуальной научно-технической проблемой. Необходимость ее решения обусловлена тенденцией роста требований к энергоэффективности, безопасности при эксплуатации и острой конкуренцией среди производителей на мировом рынке.
По данным на 2006 год гидроэнергетика обеспечивала производство до 88 % возобновляемой и до 23 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигла 777 ГВт.
Гидродинамическое проектирование турбин производится вариацией их геометрии на основе анализа и численного моделировании характеристик течения в проточном тракте. Для описания реальных течений в различных технических устройствах приемлемую точность численного решения можно получить только при такой расчётной сетке, ячейки которой меньше самого мелкого вихря. Это требует очень больших затрат расчётного времени даже на современных компьютерах. Поэтому на практике используются различные модели турбулентности, упрощающие расчёт реальных потоков [1]. Все модели турбулентности обладают одним общим недостатком: заранее нельзя сказать, какое из полуэмпирических предположений о связи между турбулентным касательным напряжением и осредненным движением потока наиболее близко соответствует физической действительности. Поэтому любая математическая модель должна быть верифицирована на основе данных экспериментальных исследований. Проверка соответствия результатов численного моделирования реальным характеристикам турбулентного течения должна производиться на гидродинамических стендах с применением самых современных измерительных систем.
В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин: поворотно-лопастные, радиально-осевые и
ковшовые.
Поперечный разрез по оси агрегата
Рис. 1. Поперечный разрез по оси гидроагрегата поворотно-лопастной гидротурбины
На рис. 1 представлен поперечный разрез гидроагрегата поворотнолопастной гидротурбины Новосибирской ГЭС.
В реактивной гидротурбине поток воды под напором закручивается в спиральной камере - улитке (рис.2). Затем поток воды через лопатки статора попадает в радиальный направляющий аппарат гидротурбины с поворотными лопатками. Открытие лопаток регулирует режим работы турбины для достижения оптимального КПД, а статор вносит осевую симметрию в движение воды. Перед рабочим колесом направление потока при помощи обтекателя переводится из радиального в осевое.

решение использовать метод ЛДА для 30 диагностики потока. Несмотря на имеющиеся недостатки у метода ЛДА, данный метод при его модификации для 30 измерений выбран как наиболее эффективный для диагностики 30 профилей скорости в конусе отсасывающей трубы гидротурбины.