Содержание к диссертации
Введение
Основные обозначения, физические характеристики, критерии, индексы 5
1. Основные обозначения 5
2. Физические характеристики 6
3. Критерии 6
4. Индексы 6
Введение 7
1. Состояние исследований по использованию роторных гидротурбин для малых ГЭС 13
1.1. Гидроэнергетические ресурсы России 13
1.2. Особенности гидрологического режима малых рек Нижегородской области и их влияние на экологию региона 16
1.3. Номенклатура малых гидротурбин. Схемы турбин и водопроводящих путей для малых ГЭС 21
1.4. Классификация малых ГЭС 29
1.5. Состояние и перспективы исследований роторных ортогональных гидротурбин 31
2. Теоретические основы гидравлики потока при работе роторной ортогональной гидротурбины с двусторонним подводом воды ... 39
2.1. Систематизация уравнений установившегося движения водного потока с учетом образования водоворотных зон... 39
2.2. Назначение граничных условий к расчету КПД гидротурбины 49
2.3. Метод контрольных объемов, включая подвижную сетку.. 53
3. Численное решение задач гидравлики водного потока для исследования гидротурбины 63
3.1. Состояние покоя турбины 63
3.1.1. Принцип работы POT 63
3.1.2. Создание расчетной области модели 65
3.1.3. Выбор дискретизации расчетной области 80
3.1.4. Движение водного потока в РОТ при изменении поперечных сечений подводящих и отводящих галерей 84
3.1.5. Величина крутящего момента РОТ в зависимости от числа рабочих лопаток и их ширины 90
3.2. Состояние движения турбины 92
3.3. Выбор оптимального очертания лопатки гидротурбины ... 97
4. Обсчет модели гидротурбины Волковой Н. Ю., и сравнение результатов опытных и расчетных исследований 102
4.1. Экспериментальные исследования роторной гидротурбины 102
4.2. Сопоставление численных результатов решения с экспериментальными данными 108
5. Разработка конструктивного решения здания МГЭС 112
5.1. Варианты проточной части МГЭС 112
5.2. Конструкция микроГЭС в 2-х машинном варианте 120
Заключение 129
Библиографический список 131
- Физические характеристики
- Особенности гидрологического режима малых рек Нижегородской области и их влияние на экологию региона
- Назначение граничных условий к расчету КПД гидротурбины
- Выбор оптимального очертания лопатки гидротурбины
Введение к работе
Экологическая и энергетическая ситуация в стране заставляет обратить внимание на низконапорные гидроэлектростанции (ГЭС), в особенности в равнинных условиях, а так же на приливные гидроэлектростанции (ПЭС) [48]. Характерные напоры на таких установках -несколько метров с возможными крайними значениями от нуля до 10 - 12 м. Низконапорные ГЭС и ПЭС, при соответствующем режиме их работы и технических мероприятий, являются экологически чистыми объектами, которые к тому же практически не вызывают затоплений территорий сверх тех, что наблюдаются в естественных условиях, например, при прохождении высоких половодий и паводков на реках. Вместе с тем они позволяют использовать значительную часть возобновляемого энергетического потенциала рек или морских заливов с приливно-отливными явлениями. Конечно, переход на низкие напоры приводит к увеличению удельных показателей стоимости 1 кВт установленной мощности и 1 кВт-ч выработанной энергии за счет увеличения стоимости сооружений и технологического гидромеханического оборудования.
Для улучшения этих показателей необходим интенсивный поиск новых технических решений. Ортогональная турбина может оказаться наиболее приемлемой в рассматриваемой ситуации и дать желаемый эффект.
Ее аналогом служит хорошо известный в ветроэнергетике ротор Дарье, точнее та его разновидность, у которой прямолинейные рабочие лопасти, параллельные оси вращения турбины, прикреплены к валу турбины с помощью хорошо обтекаемых радиальных траверс (кронштейнов) [90]. Ротор используется чаще всего с вертикальным расположением вала и работает в свободном воздушном потоке независимо от того, с какой стороны дует ветер.
Сжимаемость воздуха при работе ротора Дарье в качестве ветродвигателя мала, и ее можно не учитывать. Поэтому с точки зрения гидромеханики нет принципиальной разницы, работает он в воздухе или в воде, и не удивительно, что о возможностях использования ортогональных роторов (турбин) типа Дарье в свободно текущей воде хорошо известно как за рубежом, так и у нас.
Строительство гидроэлектрических станций с небольшими напорами с традиционными турбинами усложняет конструктивные решения здания ГЭС. Подводящие пути к турбине и отвод воды от неё требуют возведения турбинных камер и отсасывающих труб со сложными геометрическими формами обтекаемых поверхностей, к тому же больших габаритов. Использование открытых турбинных камер с упрощёнными геометрическими формами поверхностей для радиально-осевых турбин небольшой мощности на малых реках резко снижает КПД МГЭС. Эффективные капсульные агрегаты требуют в проточной части довольно сложного сопряжения круглых сечений с прямоугольными при значительной величине заглубления агрегата под уровень нижнего бьефа [35].
Практика строительства показывает, что независимо от схемы гидростанций основными являются сооружения, создающие напор, и что плотины и деривации по своему удельному значению являются наиболее дорогими, составляя по стоимости до 60 - 70% от общей стоимости гидрооборудования [89].
Всех вышеизложенных недостатков лишены так называемые ортогональные агрегаты, которым в последние годы уделяется большое внимание. Но в условиях сплошного набегающего потока рабочие лопатки таких турбин попеременно попадают в зону тока и противотока воды, при этом значительно снижается эффективность агрегата [66].
В работе рассмотрена принципиально новая в конструктивном отношении гидротурбина. Для оптимальной работы указанной гидротурбины предусмотрена подводная часть здания МГЭС в виде смежных галерей, позволяющих разделить водный поток и тем самым обеспечить работу лопаток гидротурбины в положении «по току» воды, исключив их работу в положении «противотока».
Предложенная схема энергетического гидротурбинного блока позволяет задействовать водную энергию потоков с напорами от 1,2 до 4,5 м, получив мощность на валу турбины от 5 до 150 кВт [36]. Указанные нижние параметры могут быть отнесены к использованию энергии не только малых рек, но и небольших ручьёв, что важно для развития мелких и средних потребителей: индивидуальных домов, сельскохозяйственных ферм, небольших производств, малых посёлков [13].
Важно отметить, что при организации подвода воды к турбине с встречных направлений нет необходимости в установке разгонных устройств для запуска турбины, как это требуется в случае её работы в сплошном набегающем прямоточном потоке. Такая схема турбины даёт возможность использовать очень малые напоры [35].
Схема роторной гидротурбины проста в изготовлении, геометрия путей подвода воды к ней также отличается простотой.
Разработанное компоновочное решение энергетического моноблока, можно встроить в напорный фронт и выработать экологически чистую электрическую энергию, получаемую из возобновляемого природного источника энергии - воды малых рек.
Схема компоновки водопроводящих путей является принципиально новой. Её аналогов в известной литературе не имеется.
Основной целью работы является разработка системы автоматизированного проектирования РОТ для определения оптимальных параметров конструктивных элементов.
Научная новизна работы: • разработана технология численного исследования энергетических параметров принципиально новой геометрической схемы РОТ, работающей в системе разделенных встречных потоков и не имеющей аналогов в турбиностроении;
разработанная математическая модель позволяет определить основные энергетические характеристики РОТ и тем самым запроектировать здание МГЭС. Это обеспечивает эффективную работу РОТ для различных условий гидрологического режима малых рек при возможности массового изготовления РОТ одного диаметра, но с различной высотой рабочих лопаток пои переменных напорах;
• предложены новые варианты компоновок подводной части зданий МГЭС с различной ориентацией водного потока по отношению к руслу реки.
Основные задачи исследования:
• создание математической модели РОТ с назначением граничных условий и начальных параметров;
• численное моделирование процесса гидродинамического воздействия водного потока на рабочие лопатки РОТ;
• определение оптимальных геометрических параметров конструктивных элементов РОТ;
• сравнение результатов численных расчетов с экспериментальными данными;
• разработка конструктивных решений подводной части зданий МГЭС с РОТ.
Физические характеристики
Экологическая и энергетическая ситуация в стране заставляет обратить внимание на низконапорные гидроэлектростанции (ГЭС), в особенности в равнинных условиях, а так же на приливные гидроэлектростанции (ПЭС) [48]. Характерные напоры на таких установках -несколько метров с возможными крайними значениями от нуля до 10 - 12 м. Низконапорные ГЭС и ПЭС, при соответствующем режиме их работы и технических мероприятий, являются экологически чистыми объектами, которые к тому же практически не вызывают затоплений территорий сверх тех, что наблюдаются в естественных условиях, например, при прохождении высоких половодий и паводков на реках. Вместе с тем они позволяют использовать значительную часть возобновляемого энергетического потенциала рек или морских заливов с приливно-отливными явлениями. Конечно, переход на низкие напоры приводит к увеличению удельных показателей стоимости 1 кВт установленной мощности и 1 кВт-ч выработанной энергии за счет увеличения стоимости сооружений и технологического гидромеханического оборудования.
Для улучшения этих показателей необходим интенсивный поиск новых технических решений. Ортогональная турбина может оказаться наиболее приемлемой в рассматриваемой ситуации и дать желаемый эффект.
Ее аналогом служит хорошо известный в ветроэнергетике ротор Дарье, точнее та его разновидность, у которой прямолинейные рабочие лопасти, параллельные оси вращения турбины, прикреплены к валу турбины с помощью хорошо обтекаемых радиальных траверс (кронштейнов) [90]. Ротор используется чаще всего с вертикальным расположением вала и работает в свободном воздушном потоке независимо от того, с какой стороны дует ветер.
Сжимаемость воздуха при работе ротора Дарье в качестве ветродвигателя мала, и ее можно не учитывать. Поэтому с точки зрения идромеханики нет принципиальной разницы, работает он в воздухе или в воде, и не удивительно, что о возможностях использования ортогональных роторов (турбин) типа Дарье в свободно текущей воде хорошо известно как за рубежом, так и у нас.
Строительство гидроэлектрических станций с небольшими напорами с традиционными турбинами усложняет конструктивные решения здания ГЭС. Подводящие пути к турбине и отвод воды от неё требуют возведения турбинных камер и отсасывающих труб со сложными геометрическими формами обтекаемых поверхностей, к тому же больших габаритов. Использование открытых турбинных камер с упрощёнными геометрическими формами поверхностей для радиально-осевых турбин небольшой мощности на малых реках резко снижает КПД МГЭС. Эффективные капсульные агрегаты требуют в проточной части довольно сложного сопряжения круглых сечений с прямоугольными при значительной величине заглубления агрегата под уровень нижнего бьефа [35].
Практика строительства показывает, что независимо от схемы гидростанций основными являются сооружения, создающие напор, и что плотины и деривации по своему удельному значению являются наиболее дорогими, составляя по стоимости до 60 - 70% от общей стоимости гидрооборудования [89].
Всех вышеизложенных недостатков лишены так называемые ортогональные агрегаты, которым в последние годы уделяется большое внимание. Но в условиях сплошного набегающего потока рабочие лопатки таких турбин попеременно попадают в зону тока и противотока воды, при этом значительно снижается эффективность агрегата [66].
В работе рассмотрена принципиально новая в конструктивном отношении гидротурбина. Для оптимальной работы указанной гидротурбины предусмотрена подводная часть здания МГЭС в виде смежных галерей, позволяющих разделить водный поток и тем самым обеспечить работу лопаток гидротурбины в положении «по току» воды, исключив их работу в положении «противотока».
Предложенная схема энергетического гидротурбинного блока позволяет задействовать водную энергию потоков с напорами от 1,2 до 4,5 м, получив мощность на валу турбины от 5 до 150 кВт [36]. Указанные нижние параметры могут быть отнесены к использованию энергии не только малых рек, но и небольших ручьёв, что важно для развития мелких и средних потребителей: индивидуальных домов, сельскохозяйственных ферм, небольших производств, малых посёлков [13].
Важно отметить, что при организации подвода воды к турбине с встречных направлений нет необходимости в установке разгонных устройств для запуска турбины, как это требуется в случае её работы в сплошном набегающем прямоточном потоке. Такая схема турбины даёт возможность использовать очень малые напоры [35].
Схема роторной гидротурбины проста в изготовлении, геометрия путей подвода воды к ней также отличается простотой.
Разработанное компоновочное решение энергетического моноблока, можно встроить в напорный фронт и выработать экологически чистую электрическую энергию, получаемую из возобновляемого природного источника энергии - воды малых рек. Схема компоновки водопроводящих путей является принципиально новой. Её аналогов в известной литературе не имеется.
Основной целью работы является разработка системы автоматизированного проектирования РОТ для определения оптимальных параметров конструктивных элементов.
Научная новизна работы: разработана технология численного исследования энергетических параметров принципиально новой геометрической схемы РОТ, работающей в системе разделенных встречных потоков и не имеющей аналогов в турбиностроении; разработанная математическая модель позволяет определить основные энергетические характеристики РОТ и тем самым запроектировать здание МГЭС. Это обеспечивает эффективную работу РОТ для различных условий гидрологического режима малых рек при возможности массового изготовления РОТ одного диаметра, но с различной высотой рабочих лопаток пои переменных напорах
Особенности гидрологического режима малых рек Нижегородской области и их влияние на экологию региона
Оценивая «жизнь» малых рек в историческом аспекте, следует отметить, что исстари малые реки имели множество плотин, которые первоначально возводились бобрами, затем человек стал строить водяные мельницы, в послевоенное время - малые ГЭС. Такое положение приводило к тому, что реки были многоводны, благодаря этому большая часть поверхностного стока переводилась в подземный.
Создание плотин ГЭС приводит к изменению окружающей среды. Главные же преимущества МГЭС перед средними, и тем более крупными гидросооружениями, заключаются в том, что малые гидроузлы более всего отвечают основным критериям оптимальности удовлетворять потребности человека при минимальном воздействии на окружающую среду. Экологическая чистота МГЭС проявляется, прежде всего, в гораздо меньших площадях затоплений и подтоплений, плотины и водохранилища ГЭС в значительно меньшей степени, чем другие виды энергообъектов, нарушают нормальную, естественную среду обитания человека и животного мира. МГЭС не препятствуют процессам водообмена в речных системах, напротив, способствуют перемешиванию водных масс. Наиболее эффективны МГЭС на территориях с рассредоточенными потребителями энергии, удаленными от энергосистем, к которым относятся районы Крайнего Севера и многие регионы Сибири и Дальнего Востока, населённые представителями малочисленных народов России, где социально - экономические условия и перспективы развития производственных сил региона не требуют создания большой энергетики, и малые электростанции могут обеспечить местное энергоснабжение отдельных городов и поселков [71].
Опыт свидетельствует, что строительство средних и крупных водохранилищ неблагоприятно сказалось на большинстве представителей животного мира, попадающих в зоны затоплений и влияния водоемов [71].
Развитие малой гидроэнергетики в сороковые годы дало толчок к изучению водного режима и условий формирования стока малых рек, находившихся в то время в начальной стадии. Неизвестна была и физическая сторона многих явлений, связанных со стоком малых рек. Проектирование МГЭС осуществлялось без необходимого обоснования гидрологическими данными, что приводило к их разрушению, удорожанию строительства, так как для расчетов принимались сечения, недостаточные или слишком большие для пропуска воды. Известны случаи разрушения гидротехнических сооружений на малых реках на Алтае, Турксибе, в Фергане, Таджикистане и т.п. Поэтому внимание гидрологов было обращено на разработку рекомендаций по расчетам стока, уровней, сроков установления ледостава, ледохода, донного льда, шуги, толщины льда, продолжительности и высоты весеннего половодья и осенних паводков на малых реках. Сложности заключались в том, что большие реки не могли быть аналогом, и обобщения по ним нельзя было перенести на малые реки без соответствующих поправок. Величина же поправок подвержена большим колебаниям в зависимости от ряда местных физико-географических условий. Кроме того, малые реки имеют значительно большую вариацию стока, что требовало более длительного периода наблюдений.
На территории Нижегородской области насчитывается свыше девяти тысяч водотоков, направляющих свои воды в русло рек Волги и Оки. Эти водотоки формируют стоки Волги и Оки. От них, в значительной степени, зависит качество воды этих великих рек [38].
В 1951 - 1953 годах в области было построено 111 сельских МГЭС общего пользования и 116 межколхозных ГЭС средней мощностью 300 кВт каждая. В середине 50-х годов в связи с созданием энергетических систем строительство и эксплуатация МГЭС прекратились. В настоящее время работающих малых гидроэлектростанций в области, кроме Ичалковской на р. Пьяне, нет.
Недальновидная политика разрушения плотин резко изменила гидрологический режим малых рек. Сейчас для них характерны бурные короткие весенние паводки и затяжной период летней межени с малыми глубинами, причем многие из известных рек превратились в ручьи, пересыхающие в летнее время. В настоящее время водность этих водотоков значительно уменьшилась. Особенно интенсивно процесс деградации идет в бассейнах рек Кудьмы, Пьяны, Теши, Вадка, Алатыря и др. Основной причиной этого является уничтожение лесов и плотин.
С 1937-го по 2002 год облесение территории уменьшилось в 2,5 раза (с 78 до 35%). Количество плотин в Нижегородской области за этот период уменьшилось с 5850 до 500. Это произошло потому, что к малым рекам относятся как к одному из видов сырьевых возобновляющихся и бесплатных природных ресурсов.
Дальнейшее развитие промышленности, необходимость расширения сельскохозяйственного производства требуют увеличения использования водных ресурсов, но в сложившихся условиях это может нанести непоправимый ущерб природным экосистемам. Хозяйственное использование малых рек должно базироваться на концепции их равновесного природопользования, чтобы и в маловодные годы гарантировалась потребность в воде [18].
Назначение граничных условий к расчету КПД гидротурбины
Согласно уравнениям математической физики для получения окончательных численных результатов систему уравнений (2.17) необходимо дополнить граничными (краевыми) условиями и начальными условиями (в случае решения нестационарной задачи). Помимо этого, определяется область пространства, для которой будет решаться задача и описывается расчетная область задачи. Окончательное замыкание системы гидродинамических уравнений произойдет после того, как будет решен вопрос об учете присутствия турбулентности в потоке посредством выбора математической модели для определения коэффициента турбулентного обмена vm. Термин «начальные условия» относится к величинам, присваиваемым переменным во всех узлах расчетной сетки перед началом вычислений (значения на момент времени t = 0). Их значения зависят от типа рассматриваемой задачи. Применительно к моделированию нестационарных потоков, эта информация имеет ясный физический смысл и определяет ход решения. Поэтому к определению начальных условий необходимо подходить с должной осторожностью. При расчетах установившихся течений итерационными методами начальные условия обычно не оказывают никакого влияния на окончательное решение (кроме редких случаев, когда решение многозначно), но могут определять успех решения и скорость его достижения. Для того чтобы поток в границах расчетной области начал изменяться, необходимы внешние воздействия, которые заставят его изменить начальное состояние. В качестве этих воздействий могут быть скорости или давления, воздействующие в определенных областях по периметру расчетной области.
Эти области по иному называются граничными областями, а известные действующие значения скоростей и давлений в этих областях - граничными (краевыми) условиями. Иначе говоря, весь периметр расчетной области -представляет собой совокупность граничных областей, причем их суммарная площадь равна площади всего периметра расчетной области. Идентификация и описание границ глубоко связаны с генерацией конечно-разностной сетки, начиная с того, что топография фаниц определяется внешними фанями прифаничных ячеек. Кроме того, правильное определение фаничных условий часто представляют наибольшую трудность при формировании модели. Проблемы часто возникают при выборе типа фаничных условий, определение приемлемой совокупности типов фаниц, задание соответствующих значений параметрам в фаничных областях. Как правило, все эти вопросы решаются, исходя из физики исследуемого процесса и включения в расчетную математическую модель наиболее значимых факторов и внешних проявлений. Наиболее часто используемые фаничные условия для решения гидродинамических задач являются следующие [74]: а) фаничное условие на входе потока в расчетную область (Inlet). Задается в виде численных значений компонент скорости в пределах фаничной области: В общем случае скорость является функцией от координат и времени, но при этом каждая из компонент может в течение всего процесса равняться постоянному значению или нулю (рис. 2.2). б) фаничное условие на выходе потока из расчетной области (Outlet) (рис. 2.2). Оно записывается в виде: Условие подразумевает равенство нулю производной скорости по нормали. После взятия первообразных по координатам и времени получается, что в случае двумерной задачи, эпюра скорости в контурах граничной области будет описываться параболическим уравнением, а в случае трехмерной задачи - параболоидом. в) граничное условие не протекания в виде непроницаемой стенки (Wall) и перегородки (Baffle). Граничное условие непроницаемой стенки по умолчанию присваивается всем поверхностям, не переопределенным по контуру расчетной области. Данный тип граничного условия гарантирует то, что через заданную область поток никогда не покидает расчетную область. В общем случае граничное условие непротекания записывается следующим образом: Граничное условие Baffle задается всем преградам, на которых нужно определить гидродинамические нагрузки, а также в случае подвижной преграды (рис. 2.2). г) граничное условие по давлению {Pressure) задается в виде функции значений полного, статического или пьезометрического давления, действующего на данной граничной области: Граничное условие по давлению не может быть использовано с выходными граничными условиями типа Outlet. Таким образом, задание граничного условия по давлению для примера на рис. 2.2 может иметь три варианта: 1), 2) - граничные условия на входе и выходе задаются через известные (начальные) давления; 1) - граничное условие на входе задается через параметр Inlet (при известной скорости потока во входной области), 2) - граничное условие на выходе задается через давление Pressure , 1)- граничное условие на входе задается через давление Pressure (при известном значении давления во входной области), 2) - граничное условие на выходе задается через параметр Inlet с учетом того, что поток будет выходить из расчетной области. д) граничное условие симметрии (Symmetry) предполагает собой движение потока только в плоскости параллельной граничной области, то есть подразумевается равенство нулю компонент скоростей, перпендикулярных к граничной области. Так как традиционно граничные области стараются позиционировать относительно осей координат, то условия симметрии записываются с помощью одного из следующих выражений:
Выбор оптимального очертания лопатки гидротурбины
Основной технической характеристикой гидротурбины является ее полезная мощность или коэффициент полезного действия. В данном подразделе исследуется влияние геометрии лопаток роторной ортогональной гидротурбины на величину КПД [102]. КПД гидротурбины зависит от геометрии лопаток, нагрузки на турбину, напора и расхода воды турбины. Рассматриваются шесть видов лопаток с различной относительной кривизной профиля и различной ориентацией лопаток по отношению к радиусу (рис. 3.23): 1) //= - 0,216 (обратная кривизна), 2) f 2 = 0 (плоская лопатка), 3) f3 = 0,216 (рис. 3.24), 4) f 4 = 0,503 (ковшовая лопатка), 5) f 5 = 0,2 и с углом наклона между хордой лопатки и радиусом -15, 6) f в 0,2 и с углом наклона между хордой лопатки и радиусом 12 (рис. 3.25), где / является отношением ее кривизны/ к длине лопатки Ь. Численный расчет также осуществлялся методом контрольного объема с использованием ПЭВМ. Для расчета течения водного потока использовалась турбулентная модель течения с высокими числами Рейнольдса. Расчет течения вязкой несжимаемой жидкости сводился к решению уравнений Навье-Стокса и уравнения неразрывности потока (2.17). Как было сказано во второй главе, для окончательного замыкания системы уравнений Навье-Стокса (2.17) необходимо определится с математической моделью для описания турбулентных эффектов в потоке жидкости. Определим параметры к и є по формулам (2.24, 2.25). Принимая по данным опытов исследований процессов турбулентности для такого типа задач [125] / = 0,01; L = 0,005 м, значения к и є определятся: к = 0,022; є = = 0,107. Расчетная область задачи создавалась с учетом всех свойств подвижной сетки. Сетка контрольного объема поделена на две характерные области: на -неподвижную область - статорную часть и подвижную область - роторную часть. Подвижной области задается угловая скорость со относительно выбранной оси вращения. Частота вращения для всех случаев принималась п = 230 об/мин и выбиралась из условия, чтобы максимальная линейная скорость лопатки не превышала скорости движения водного потока в расчетной области РОТ. При решении задачи принимались следующие граничные условия: 1) на входе в обеих подводящих галереях РОТ: Скорость потока жидкости в сечении входного патрубка РОТ определялась из соотношения: где Qcp., м/с - средний расход жидкости проходящий через одну галерею РОТ; Sex. патр.і м - площадь сечения входного патрубка, через который поток попадает в подводящие галереи РОТ (Sex.mmp. = 0,0082 м - для данной математической модели). 2) на выходе из обеих отводящих галерей РОТ объемы жидкости водного потока одинаковы; 3) лопатка турбины представляет собой непроницаемую преграду для потока. Итак, совместное решение дифференциальных уравнений Стокса и уравнений для турбулентности к - є позволяет описать нестационарные процессы, развивающиеся в подводящих, отводящих галереях и непосредственно в зоне отбора энергии РОТ (расчетной области). После определения гидравлических, кинематических и силовых характеристик потока в зоне отбора энергии РОТ определяется КПД турбины по формуле (3.16). Основные результаты расчета гидродинамической задачи представлены в таблицах 3.4, 3.5 и на рисунках 3.26, 3.27. По данным исследованиям можно сделать следующие выводы: значения КПД турбины более 60% наблюдались при относительной кривизне профиля лопатки в пределах 0,15 0,25; минимальное значение момента наблюдается при / = 0. Это объясняется тем, что при возрастании значения / , увеличивается длина хорды профиля, тем самым увеличивается площадь действия гидростатической нагрузки; при рассмотрении лопаток повернутых на 12 против часовой стрелки относительно радиуса лопаток наблюдалось увеличение КПД турбины до 68%, тем самым, доказывая влияние расположения лопаток на круговой оси на КПД турбины; при повороте лопаток на 15 по часовой стрелке выяснилось, что такая турбина не будет работать вследствие воздействия противоположных моментов вращения. достижение максимального КПД турбины будет при условии, что относительная кривизна профиля лопаток будет в пределах 0,15 0,25, и лопатки повернуты против часовой стрелки на угол около 12.
