Identyfikacja zjawisk przepływowych w rurze ssącej średniobieżnej turbiny wodnej z wykorzystaniem CFD

• Autorzy: Nycz, Aneta , Szulc, Przemysław , Skrzypacz, Janusz

Warianty tytułu

EN

Identification of flow phenomena in the draft tube of a medium-speed water turbine using CFD

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zjawiska przepływowe w reakcyjnych turbinach wodnych zależą od położenia punktu pracy. Ma to szczególne znaczenie dla elementu odprowadzenia cieczy (rury ssącej/krzywaka ssącego). Celem badań przedstawionych w publikacji była identyfikacja wpływu stopnia regulacji turbiny Francisa na zjawiska przepływowe w rurze ssącej. Artykuł zawiera omówienie zagadnień dotyczących rodzajów modeli turbulencji, ich właściwości i zastosowania do rozpoznawania zjawisk występujących w turbinach wodnych. Symulacje przeprowadzono dla pozaoptymalnego stanu pracy turbiny z wykorzystaniem wybranych, dwurównaniowych modeli turbulencji stosowanych w ANSYS Fluent. Model numeryczny został poddany walidacji względem nominalnych parametrów pracy maszyny. Przeprowadzono analizę ilościową i jakościową wyników modelowania przepływu w turbinie przy częściowym zregulowaniu, w celu ustalenia, który z nich, najlepiej odwzorowuje zjawiska zachodzące w badanym przypadku.

EN

Flow phenomena in reaction water turbines depend on the position of the operating point. This is of particular importance for the fluid discharge component (draft tube/curved draft tube). The aim of the research presented in the publication was to identify the influence of the degree of control of the Francis turbine on the flow phenomena in the draft tube. The paper includes a discussion of issues concerning the types of turbulence models, their properties and their application to the identification of phenomena occurring in water turbines. Simulations were carried out for a non—optimal turbine operating condition using selected two—variable turbulence models applied in ANSYS Fluent. The numerical model was validated against nominal machine operating parameters. A quantitative and qualitative analysis was carried out and qualitative analysis of the modelling results of the turbine flow at partial regulation was carried out in order to determine which model best represents the phenomena occurring in the case studied.

Słowa kluczowe

PL

rura ssąca; turbina wodna; dyfuzor; CFD

EN

draft tube; water turbine; diffuser; CFD

• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2024
• Tom: Nr 4
• Strony: 64--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nycz, Aneta

• Politechnika Wrocławska,

autor

Szulc, Przemysław

• Politechnika Wrocławska,

autor

Skrzypacz, Janusz

• Politechnika Wrocławska,

Bibliografia

• [1] ANSYS Fluent Tutorial Guide, Release 16.0, ANSYS, Inc., January 2015.
• [2] Choudhury D., Introduction to the Renormalization Group Method and Turbulence Modeling. Fluent Inc. Technical Memorandum TM—107, 1993.
• [3] Dorfler P., Sick M., Coutu A.: F low—Induced Pulsation and Vibration in Hydroelectric Machinery, Springer, 2013.
• [4] Elsner J., Turbulencja przepływów, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1987.
• [5] Energy Education, Available: https://energyeducation.ca/encyclopedia/Main__Page. [Data uzyskania dostępu: 1.03.2024].
• [6] Escalera X., Egusquiza E., Farhat M., Avellan F., Coussirat M., Detection of cavitation in hydraulic turbines, Mechanical Systems and Signal Processing, p. 983—1007, 2006.
• [7] Gryboś R., Podstawy mechaniki płynów, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1989.
• [8] Gubin M.F ., Otsasywaiuszczie truby gidroelektrostancji, Energia, Moskwa 1970.
• [9] Jackowski K., Elektrownie wodne -— turbozespoły i wyposażenie, WNT, Warszawa 1971.
• [10] Jeżowiecka—Kabsch K., Szewczyk H., Mechanika płynów, Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2001.
• [11] Kim S. J., Choi Y. S., Choi Y., Hyun J. J., Joo W. G., Kim J. H., Effect of Fins on the Internal Flow Characteristics in the Draft Tube of a Francis Turbine Model, Energies, 01.06.2020.
• [12] Korpela S. A., Principles of Turbomachinery, WILEY, 2011.
• [13] Launder B. E., Spalding D. B., Lectures in Mathematical Models of Turbulence. Academic Press, London, England, 1972.
• [14] Manzali A., Increasing dissolved oxygen concentrations using aerating draft tubes, McGill University, Montreal, Quebec, Canada, 2018.
• [15] Menter F. R., Two—Equation Eddy—Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications. AIAA Journal, 32(8):1598—1605, August 1994.
• [16] Menter F. R., Kuntz M., Langtry R., Ten Years of Experience with the SST Turbulence Model. In K. Hanjalic, Y. Nagano, and M. Tummers, editors, Turbulence, Heat and Mass Transfer 4, pages 625—632. Begell House Inc., 2003.
• [17] Michalski M., Systemy energetyki odnawialnej — energetyka wodna, Akademia Viessmann.
• [18] Michałowski S., Plutecki J., Energetyka Wodna, Warszawa: WNT, 1975.
• [19] Papillon B., Sabourin M., Couston M., Deschenes C., Methods for Air Admission in Hydro Turbines, Symposium on Hydraulic Machinery and Systems, Lozanna, 2002.
• [20] Reynolds W. C., Fundamentals of turbulence for turbulence modeling and simulation. Lecture Notes for Von Karman Institute Agard Report No. 755, 1987.
• [21] Sagaut P., Deck S.,Terracol M., 2013 Multiscale and multiresolution approaches in turbulence: LES, DES and hybrid RANS/LES methods: applications and guidelines,2nd edn, p. 448. London, UK: ImperialCollegePress.
• [22] Shih T.—H., Liou W. W., Shabbir A., Yang Z., Zhu J., A New k—e Eddy—Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows — Model Development and Validation. Computers Fluids, 24(3):227——23 8, 1995.
• [23] Sodja, J. 2007. Turbulence models in CFD. University of Ljubljana. Available at http://www— fl .ijs.si/~rudi/sola/Turbulence—models in CFD.pdf.
• [24] Steller J ., Hydropower and its development, artykuł z magazynu: ActaEnergetica, tom 3, nr 16, pp. 7—20, 2013.
• [25] Szulc P., Machalski A., The flow deteriorations in course of the partial load operation of the middle specific speed Francis turbine, 2019.
• [26] Wilcox D. C., Turbulence Modeling for CFD. DCW Industries, Inc., La Canada, California, 1998.
• [27] Yakhot V., Orszag S. A., Renormalization Group Analysis of Turbulence: I. Basic Theory. Journal of Scientific Computing, 1(1):1—51, 1986.