Υπολογιστική διερεύνηση του φαινομένου της σπηλαίωσης σε υδροστροβίλους FRANCIS

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε η υπολογιστική διερεύνηση του φαινομένου της σπηλαίωσης στον υδροστρόβιλο FRANCIS του ΥΗΣ Πολυφήτου. Αρχικά γίνεται μια ιστορική αναδρομή στους υδροστροβίλους FRANCIS, τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, τα χαρακτηριστικά αυτών καθώς και τον τρόπο λειτουργίας τους. Η σπηλαίωση είναι μία από τις σημαντικότερες προκλήσεις στον ΥΗΣ Πολυφήτου, ο οποίος βρίσκεται στην τεχνητή λίμνη Πολυφήτου του ποταμού Αλιάκμονα, στο Νομό Κοζάνης. Η σπηλαίωση προκαλεί βλάβη και υποβάθμιση της απόδοσης των εξαρτημάτων των υδραυλικών στροβίλων. Πραγματοποιήθηκε αριθμητική ανάλυση για τη διερεύνηση του φαινομένου της σπηλαίωσης στον στρόβιλο Francis. Για την ανίχνευση της σπηλαίωσης, χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο τύρβης κ-ε και SST με τη χρήση της εξίσωσης πλέγματος Rayleigh στο ANSYS-CFX. Ωστόσο επιλέχθηκε το μοντέλο τύρβης k-ε, ως πιο γρήγορο, λιγότερο απαιτητικό σε υπολογιστική δύναμη και με ικανοποιητικά αποτελέσματα Ο στρόβιλος διερευνάται για δύο διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας, δηλαδή μερικό φορτίο και πλήρες φορτίο υπό σπηλαίωση και χωρίς σπηλαίωση. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται με βάση τη διακύμανση της πίεσης και το κλάσμα όγκου ατμού. Παρατηρήθηκε ότι οι μεταβολές στην κατανομή της πίεσης και της ταχύτητας είναι ελάχιστες μεταξύ των κανονικών συνθηκών λειτουργίας χωρίς σπηλαίωση, σε ονομαστική εκροή και ύψος. Υπό συνθήκες μερικού φορτίου, ο σχηματισμός φυσαλίδων ατμού στην είσοδο του δρομέα, καθώς και στον αγωγό απαγωγής βρέθηκε να είναι μέγιστος.