CFD analýza nestabilit vznikajících v přechodových režimech čerpadlové turbíny

Čerpadlové turbíny musí pružně reagovat na potřeby energetické sítě, a proto jsou nuceny často rychle přecházet mezi turbínovým a čerpadlovým režimem.

CKD_Blansko_Engineering

Zadání projektu

Čerpadlové turbíny musí pružně reagovat na potřeby energetické sítě, a proto jsou nuceny často rychle přecházet mezi turbínovým a čerpadlovým režimem. V důsledku toho se stává, že jsou provozovány mimo optimální pracovní oblast, kde může dojít k výskytu hydraulických nestabilit. Jedním z hlavních zdrojů takových nestabilit je tzv. rotující odtržení, které se projevuje přítomností vírových struktur v lopatkové mříži. Periodické chování vírových struktur zpravidla vede ke vzniku výrazných tlakových pulsací a následným vibracím celé čerpadlové turbíny. Tato CFD analýza má za cíl odhalit případnou přítomnost hydraulických nestabilit.

Společnost: ČKD Blansko Engineering, a.s., Oddělení výzkumu a vývoje

Autor reference: Ing. Martin Míčka

Řešení

Nejprve byl vytvořen 3D CFD model čerpadlové turbíny, která byla již dříve odměřena v naší hydraulické laboratoři. Na základě těchto experimentálních měření byly výsledky CFD simulace validovány a její nastavení bylo dále použito pro CFD analýzu nově vyvinutého typu čerpadlové turbíny. Pro zachycení hydraulických nestabilit byl proveden nestacionární výpočet s pokročilým turbulentním modelem BSL-EARSM. Vzhledem k vyšším výpočetním nárokům spojeným s tímto turbulentním modelem byl pro samotný výpočet využit cluster společnosti TechSoft Engineering, spol. s r.o..

Reference_od_CBE_2D-proudnice-v-mezilopatkovém-prostoru_3.jpg

2D proudnice v mezilopatkovém prostoru

Přínosy tohoto typu analýzy

Takto koncipovaná CFD simulace dokáže odhalit rotující odtržení vyskytující se mimo obvyklou pracovní oblast čerpadlové turbíny, tj. zejména v přechodových režimech, jako jsou start a odstavení stroje. Z výsledků CFD simulace je také možno zjistit případné výraznější tlakové pulzace, které by mohly v krajním případě vést až k poškození stroje. V těchto případech je třeba již ve fázi hydraulického návrhu vhodnou modifikací geometrie tyto nežádoucí jevy potlačit. Programy ANSYS poskytují možnost rychlé úpravy nově vyvíjené čerpadlové turbíny a následné posouzení vhodnosti úprav, což umožňuje zkrátit čas a snížit náklady, které by jinak musely být vynaloženy při prověřování úprav pouze na fyzickém modelu v hydraulické laboratoři.

Reference_od_CBE_3D-proudnice-v-mezilopatkovém-kanále_detail_4.jpg

3D proudnice v mezilopatkovém kanále - detail

Využívaný software

ANSYS CFX

ANSYS CFX

Software ANSYS CFX patří do skupiny programů používaných pro analýzu proudění (CFD). Součástí programu jsou fyzikální…

ANSYS Meshing

ANSYS Meshing

ANSYS Meshing je program vhodný pro vytváření hybridních výpočetních sítí pro 2D a 3D geometrie. Pro CFD simulace jsou…

ANSYS CFD-Post

ANSYS CFD-Post

Program ANSYS CFD-Post je univerzální nástroj pro zpracování výstupů z CFD řešičů, který poskytuje vše potřebné pro…

ANSYS DesignModeler

ANSYS DesignModeler

ANSYS DesignModeler je program určený pro tvorbu a úpravu 2D a 3D geometrií pro CFD a FEA analýzy.

ANSYS TurboGrid

ANSYS TurboGrid

Software ANSYS TurboGrid poskytuje návrhářům a analytikům turbostrojů nástroj pro tvorbu sítě speciálně uzpůsobený…

Další případové studie

Simulace experimentů modelujících roztavenou aktivní zónu ve dně tlakové nádoby jaderného reaktoru

Zadržení roztavené aktivní zóny ve dně nádoby tlakovodního jaderného reaktoru (IVR, In-Vessel Retention) je jedna z…

Proudění vzduchu v brzdovém posilovači

Na základě známých vlastností sériových posilovačů byly vybrány dva reprezentativní vzorky s různým vnitřním…

Modelování stolku Mahle 94400 se středovým topením

Připravit model výhřevu rotujících vřeten na rotačním stolku Mahle 94400 se středovým topením, analyzovat teploty v…

Simulace míšení chladiva během události vedoucí k tlakově teplotnímu šoku pomocí CFD programu Ansys Fluent

Vyhodnocování tlakově teplotních šoků je důležitá úloha pro jadernou bezpečnost.