Заседание семинара "Объединенный семинар ИВМиМГ СО РАН и кафедры вычислительной математики ММФ НГУ" 12.02.2019 в 11-00. "Развитие моделей, численных методов и комплексов программ решения задач гидродинамического расчета и оптимизации турбомашин", Чирков Д.В.

В работе развиты модели, численные алгоритмы и комплекс программ для решения актуальных задач проектирования гидравлических турбомашин: оперативный расчет КПД в широком диапазоне режимов работы, определение зоны устойчивой работы, оптимизация форм проточного тракта. Движение жидкости в проточном тракте гидротурбины описывается осредненными по Рейнольдсу уравнениями Навье-Стокса. В работе усовершенствован метод искусственной сжимаемости для решения этих уравнений, предложена новая постановка и численная реализация граничных условий в задаче протекания, позволяющая проводить расчеты с постоянным напором, разработана масштабируемая технология MPI-OpenMP распараллеливания расчетов.

Численные модели реализованы в виде комплекса программ для расчета КПД гидротурбин в широком диапазоне режимов работы. Выполнена верификация и валидация численной модели на ряде турбин различной быстроходности, определена область ее применимости. Разработана методика определения зоны устойчивой работы турбины, основанная на 1D-3D модели нестационарного кавитационного течения в проточном тракте ГЭС. С использованием этой модели исследован механизм возникновения гидродинамической неустойчивости течения в системе «напорный водовод – гидротурбина» на режимах повышенной нагрузки. Исследовано влияние численных и режимных параметров, а также формы рабочего колеса на частоту и амплитуду установившихся автоколебаний.

Разработаны новые постановки задач, целевые функционалы и ограничения для задачи оптимизации формы проточного тракта гидротурбины, позволяющие одновременно максимизировать КПД турбины и прочность рабочего колеса, минимизировать кавитацию и металлоемкость конструкции. Новые постановки протестированы при решении практически важных задач проектирования формы проточного тракта радиально-осевых и поворотно-лопастных гидротурбин.