СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПУЛЬСАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ, ВЫЗВАННЫХ СПИРАЛЬНО-ВИХРЕВЫМИ СТРУКТУРАМИ В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ МОДЕЛИ ГИДРОТУРБИНЫ

Даниил Андреевич Суслов, Иван Викторович Литвинов, Евгений Юрьевич Гореликов

Аннотация


Работа посвящена изучению пульсаций давления в проточной части гидротурбин, возникающих вследствие вихревых структур в неоптимальных режимах работы гидротурбины. Проведено прямое сравнение подходов по выделению синхронной и асинхронной составляющей в сигналах пульсаций давления, а также с использованием разложения на азимутальные моды. Пульсации давления измерялись с помощью четырех акустических датчиков при варьировании режимов работы модели гидротурбины. Сравнение пульсаций давления проведено в геометрии с поворотной частью (коленом) и в прямой конической отсасывающих труб гидротурбины. Показано, что уровень пульсаций давления одинаков для двух типов отсасывающих труб. Методическое различие в применении двух подходов по выделению пульсаций давления в потоке не выявлено. Результаты работы будут полезны при разработке новых способов подавления спирально-вихревых структур в неоптимальных режимах работы гидротурбин
с целью увеличения их общего коэффициента полезного действия.


Ключевые слова


гидротурбины, пульсации давления, прецессирующее вихревое ядро

Полный текст:

PDF

Литература


Gubin M.F. Draft tubes of hydro-electric stations. New Delhi: Amerind Publishing Company for the US Bureau of Reclamation, 1973.

Escudier M. Confined Vortices in Flow Machinery. Annu. Rev. Fluid Mech., 1987, vol. 19, no. 1, pp. 27–52. DOI: 10.1146/annurev.fl.19.010187.000331

Trivedi C., Cervantes M.J. Fluid-structure interactions in Francis turbines: A perspective review. Re-newable and Sustainable Energy Reviews, 2017, vol. 68, pp. 87–101. DOI: 10.1016/j.rser.2016.09.121

Dörfler P., Sick M., Coutu A. Flow-induced pulsation and vibration in hydroelectric machinery: en-gineer’s guidebook for planning, design and troubleshooting. London; New York: Springer, 2013. 242 p. DOI: 10.1007/978-1-4471-4252-2

Gallaire F. et al. Spiral vortex breakdown as a global mode. J. Fluid Mech, 2006, vol. 549, no. 1, pp. 71–80. DOI: 10.1017/S0022112005007834

Syred N. A review of oscillation mechanisms and the role of the precessing vortex core (PVC) in swirl combustion systems. Progress in Energy and Combustion Science, 2006, vol. 32, no. 2, pp. 93–161. DOI: 10.1016/j.pecs.2005.10.002

Nishi M. et al. Study on swirl flow and surge in an elbow typedraft tube. IAHR/AIRH 10th Symposium 10E, Hydraulic Machinery and Equipment Associated with Energy Systems in the New Decade of the 1980’s, At: Tokyo, 1980, vol. 1, pp. 57–68.

Nishi M. et al. Surging characteristics of conical andelbow-type draft tubes. IAHR Symposium on Hy-draulic Machinery in the Energy Related Industries At: Stirling, 1984, pp. 272–283.

Pasche S., Avellan F., Gallaire F. Part Load Vortex Rope as a Global Unstable Mode. Journal of Flu-ids Engineering, 2017, vol. 139, no. 5: 051102. DOI: 10.1115/1.4035640

Oberleithner K. et al. Three-dimensional coherent structures in a swirling jet undergoing vortex breakdown: stability analysis and empirical mode construction. J. Fluid Mech, 2011, vol. 679, pp. 383–414. DOI: 10.1017/jfm.2011.141

Favrel A. et al. Study of the vortex-induced pressure excitation source in a Francis turbine draft tube by particle image velocimetry. Exp Fluids, 2015, vol. 56, no. 12, pp. 215. DOI: 10.1007/s00348-015-2085-5

Iliescu M.S., Ciocan G.D., Avellan F. Analysis of the Cavitating Draft Tube Vortex in a Francis Tur-bine Using Particle Image Velocimetry Measurements in Two-Phase Flow. Journal of Fluids Engineering, 2008,

vol. 130, no. 2: 021105. DOI: 10.1115/1.2813052

Goyal R., Cervantes M.J., Gandhi B.K. Vortex Rope Formation in a High Head Model Francis Tur-bine. Journal of Fluids Engineering, 2017, vol. 139, no. 4: 041102. DOI: 10.1115/1.4035224

Trivedi C., Gandhi B., Michel C.J. Effect of transients on Francis turbine runner life: a review. Jour-nal of Hydraulic Research, 2013, vol. 51, no. 2, pp. 121–132. DOI: 10.1080/00221686.2012.732971

Suslov D.A. et al. The Influence of Transient Regimes on Unsteady Vortex Phenomena in the Model of the Draft Tube of the Hydraulic Turbine. SJPhys, 2020, vol. 14, no. 4, pp. 55–68. DOI:

25205/2541-9447-2019-14-4-55-68

Litvinov I.V., Sharaborin D.K., Shtork S.I. Reconstructing the structural parameters of a precessing vortex by SPIV and acoustic sensors. Exp Fluids, 2019, vol. 60, no. 9, pp. 139. DOI:

1007/s00348-019-2783-5

Litvinov I. et al. Experimental Study of Transient Flow Regimes in a Model Hydroturbine Draft Tube. Energies, 2021, vol. 14, no. 5: 1240. DOI: 10.3390/en14051240

Suslov D.A. et al. Transient phenomena in the draft tube model of a Francis hydro-turbine. J. Phys.: Conf. Ser, 2019, vol. 1359: 012016. DOI: 10.1088/1742-6596/1359/1/012016

Lückoff F. et al. Phase-Opposition Control of the Precessing Vortex Core in Turbulent Swirl Flames for Investigation of Mixing and Flame Stability. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2019, vol. 141, no. 11: 111008. DOI: 10.1115/1.4044469

Müller J.S., Lückoff F., Oberleithner K. Guiding Actuator Designs for Active Flow Control of the Preces¬sing Vortex Core by Adjoint Linear Stability Analysis. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2019, vol. 141, no. 4: 041028. DOI: 10.1115/1.4040862

Nishi M., Liu S. An Outlook on the Draft-Tube-Surge Study. International Journal of Fluid Machin-ery and Systems, 2013, vol. 6, no. 1, pp. 33–48. DOI: 10.5293/ijfms.2013.6.1.033

Nishi M. et al. A Preliminary Study on the Swirling Flow in a Conical Diffuser with Jet Issued at the Center of the Inlet. Scientific Bulletin of the “Politehnica” University of Timisoara Transactions on Mechan-ics.

Vol. 52 (66), Fascicola 6, 2007, pp. 197–202.

Litvinov I. et al. Unsteady regimes and pressure pulsations in draft tube of a model hydro turbine in

a range of off-design conditions. Experimental Thermal and Fluid Science, 2018, vol. 91, pp. 410–422. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2017.10.030

Sonin V. et al. Study of the velocity distribution influence upon the pressure pulsations in draft tube model of hydro-turbine. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci., 2016, vol. 49: 082020. DOI: 10.1088/1755-1315/49/8/082020

Skripkin S. et al. Comparative analysis of twin vortex ropes in laboratory models of two hydro-turbine draft-tubes. Journal of Hydraulic Research, 2016, vol. 54, no. 4, pp. 450–460.

Skripkin S.G. et al. Study of Pressure Shock Caused by a Vortex Ring Separated From a Vortex Rope in

a Draft Tube Model. Journal of Fluids Engineering, 2017, vol. 139, no. 8: 081103.

Litvinov I.V., Mitryakov A.S., Shtork S.I. A Study of Transient Flow Modes in a Hydraulic Turbine Draft Tube Model. Power Technol. Eng., 2016, vol. 50, no. 1, pp. 1–5.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power210306

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.