Сравнительный анализ пульсаций давления, вызванных спирально-вихревыми структурами в проточной части модели гидротурбины

Сравнительный анализ пульсаций давления, вызванных спирально-вихревыми структурами в проточной части модели гидротурбины

Автор: Суслов Даниил Андреевич, Литвинов Иван Викторович, Гореликов Евгений Юрьевич

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power

Рубрика: Альтернативные источники энергии

Статья в выпуске: 3 т.21, 2021 года.

Бесплатный доступ

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.

Еще

Гидротурбины, пульсации давления, прецессирующее вихревое ядро

Короткий адрес: https://sciup.org/147236638

IDR: 147236638   |   DOI: 10.14529/power210306

Список литературы Сравнительный анализ пульсаций давления, вызванных спирально-вихревыми структурами в проточной части модели гидротурбины

  • 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. FluidMech, 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. Renewable 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: engineer'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 Hydraulic 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 Fluids 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 Turbine 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 Turbine. 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. Journal 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: 10.25205/2541-9447-2019-14-4-55-68
  • 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: 10.1007/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 Precessing 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 Machinery 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 Mechanics. 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.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp