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.
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: Litostroj 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..
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.
3D proudnice v mezilopatkovém kanále - detail
Využívaný software
Ansys CFX
Software Ansys CFX patří do skupiny programů používaných pro analýzu proudění (CFD). Jeho přednosti uživatelé ocení v…
Ansys Meshing
Ansys Meshing je program vhodný pro vytváření hybridních výpočetních sítí pro 2D a 3D geometrie. Pro CFD simulace jsou…
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 je program určený pro tvorbu a úpravu 2D a 3D geometrií pro CFD a FEA analýzy.
Ansys TurboGrid
Software Ansys TurboGrid poskytuje návrhářům a analytikům turbostrojů nástroj pro tvorbu sítě speciálně uzpůsobený…
Další případové studie
Využí Ansys na RICE ZČU
Nasazení moderních nástrojů od firmy Ansys nejen ve výuce na ZČU v Plzni.
Optimalizace světlometů a zadních svítilen
Ověření a optimalizace nočního designu automobilových světlometů a zadních svítilen.
Vývoj letounu pomocí numerických simulací
Numerické simulace pomáhají zkrátit dobu vývoje a snížit vývojové náklady.
Simulace proudění vzduchotechnickými klapkami
Využití počítačové simulace proudění k ověření koeficientů tlakové ztráty s cílem snížit/eliminovat náklady na měření.