Simulacija promjene opterećenja Francisove hidrauličke turbine

Sve većim udjelom intermitentnih izvora energije povećava se potreba za čestim promjenama radnog režima hidroturbinskih postrojenja. Povećan rad u vanprojektnim radnim točkama, potrebe za variranjem snage i općenito sudjelovanje u pomoćnim uslugama regulacije napona elektroenergetskog sustava uvjeti su s kojima se susreću hidrauličke turbine danas. Sve to uzrokuje dinamička naprezanja s posljedicama po životni vijek i sigurnost rada postrojenja te veće troškove održavanja. U ovom radu upotrebljavaju se metode računalne dinamike fluida kako bi se analizirao tok u Francis 99 modelu visokotlačne turbine prilikom prijelaznog režima rada. Za tu svrhu korišten je open source kôd foam-extend. Prikazane su simulacije radne točke najviše iskoristivosti te simulacije promjene režima rada zakretanjem lopatica statora. Blok strukturirana heksaedarska računska mreža izrađena je ručno za potrebe rada. Metoda pomičnih koordinatnih sustava te metoda rotacije mreže su korištene za simuliranje stacionarne radne točke. Zakretanje regulacijskih lopatica statora iz nazivne radne točke u točku smanjene snage modelirano je rješavanjem jednadžbi gibanja točaka geometrijske mreže kontrolnih volumena. Dva pristupa zadavanju rubnih uvjeta su testirana, sa zadanom visinom tlaka te zadanim protokom na ulazu. Simulacija sa zadanom visinom tlaka pokazala je zadovoljavaju ́ce rezultate u usporedbi s eksperimentalnim podacima. Modeli turbulencije korišteni u radu su "standardni" k − ε i k − ω SST. Svi parametri u postavkama numeričkih simulacija odgovaraju uvjetima koji su vladali prilikom eksperimentalnih mjerenja objavljenih od strane organizatora Francis 99 konferencije