Управление характеристиками прецессирующих вихрей в проточной части модели гидротурбины

Для управления характеристиками вихревых структур зачастую применяются методики, основанные на инжекции дополнительной струи через центр тела обтекания рабочего колеса турбины. Показано, что для подавления вихревого ядра (ПВЯ) требуется расход струи не менее 11 % от общего, что значительно снижает эффективность гидротурбины. Альтернативные осевой подачи способы практически не рассматриваются.  Так, в литературе нет информации о влиянии угла направления струи и коэффициента потока импульса на эффективность управления.

В работе адаптирована и усовершенствована технология управления потоком с помощью воздействия струями на ПВЯ. Показано, что, наряду с долей инжектируемого расхода от общего расхода потока, ключевой характери-стикой эффективности воздействия управления на ПВЯ является безразмерный коэффициент потока импульса. Впервые с опорой на формализм линейного анализа устойчивости, совместно с проведенными экспериментами предложен и обоснован с физической точки зрения низкорасходный способ подачи струи для наиболее эффективного подавления нежелательных вихревых структур в гидротурбине. Получено, что радиальный способ подачи струи с расходом в 3% от основного расхода является оптимальным и достаточным. Результаты исследования помогут расширить диапазон устойчивой работы гидротурбин и повысить безопасность гидроэлектростанции, снижая вероятность появления усталостных разрушений гидротурбинного оборудования.

Актуаторы, использованные в работе для управления ПВЯ. Белые стрелки показывают направление инжекции воздуха: А – аксиальный, R – радиальный, АR – аксиально-радиальный; АR-7210: АR – аксиально-радиальный, 72 – кол-во отверстий, 10 – 10 диаметр 1 отверстия в мм. Место установки актуаторов показано справа

Сравнение эффективности снижения пульсаций давления при одном коэффициенте потока импульса Сμ: 1) актуатор А-0180 (одно осевое отверстие); 2) актуатор R-3610; 3) Tănasă et al. 2013; 4) Khullar et al. 2022

Руководитель работы – к. ф.-м. н. Скрипкин С.Г., тел. +7 (383) 330-66-65.