Прогнозирование энергетических характеристик обратимой гидромашины на напор до 250 м

Обоснование. В настоящее время в зоне напоров 50–650 м для ГАЭС наибольшее распространение получили гидроагрегаты с классическими одноступенчатыми радиально-осевыми обратимыми гидромашинами, которые имеют сравнительно простую конструкцию рабочего колеса и цилиндрического направляющего аппарата, достаточно хорошие энергетические показатели, но являются относительно тихоходными, крупногабаритными и металлоемкими гидромашинами. Численным исследованиям при проектировании данного типа машин сегодня уделяется особое внимание.

Современная тенденция – проектирование проточных частей на основе численного моделирования течения. Самые известные коммерческие программные продукты, где реализовано численное моделирование методом конечных объемов – это Ansys Fluent, Ansys CFX, StarCD, Numeca, Flow Vision и CADRUN. В рассматриваемой работе расчеты были выполнены с использованием программного комплекса Ansys CFX версии 2021R1. На сегодняшний день, ввиду нехватки численных мощностей, остается актуальной задача разработки и использования методики, которая позволит получить приемлемый результат при оптимальных временных затратах на подготовку данных и проведение расчетных исследований.

Цель исследований. В работе представлена «экономичная» методика численного моделирования энергетических характеристик обратимой гидромашины.

Методы исследования. Методика заключается в описании постановки задачи, используемых расчетных сеток и принятых допущений для оптимального использования вычислительных ресурсов без существенной потери точности результатов.

В представленной статье исследуется проточная часть радиально-осевой насос-турбины, предназначенная для применения на максимальный напор до 250 м.

Результаты. Выполнено численное моделирование энергетических характеристик насосного и турбинного режимов. Дано краткое описание постановки задачи, используемых расчетных сеток и принятых допущений. Представлено сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными модельных испытаний. Результаты сравнения представлены в относительном виде для основных параметров: напор, КПД, приведенные частота вращения и расход.

Заключение. Для прогнозирования энергетических характеристик насос-турбин рекомендуется использовать SST модель турбулентности в стационарной постановке. Применение экономичных блочно-структурированных сеток, а также проведение расчетов только в области одной лопатки направляющего аппарата, одной лопасти рабочего колеса и отсасывающей трубы с использованием предварительных результатов расчетов в спиральной камере позволяют оптимально использовать вычислительные ресурсы без существенной потери точности результатов.