Utvikling av Computational Fluid Dynamics (CFD) for Pelton-turbiner

Problemstillingen består i å numerisk modellere væskestrømninger, relevant for turbiner. Spesielt Pelton-turbiner. Arbeidet med dette startet i 2011 og har blitt videreutviklet fram til nå. Hovedområdene i arbeidet har vært: (I) Sykliske gjennomsnitt. Ta nken er å bruke et matematisk filter for å skille ut den signifikante informasjonen (gjennomsnitt, standardavvik og korrelasjoner) og å utføre beregninger på det alene og unngå å beregne detaljer som er tilfeldige og ikke har noen praktisk nytteverdi. (II) Diskretisering. Et nytt konsept for diskretisering som øker nøyaktigheten til grid-løsninger av differensiallikninger med tanke på oppløsning og beregningskostnad i forhold til tradisjonelle metoder.

En Pelton-turbin har subsoniske turbulente flerfase-strømninger (vann, luft og vanndamp fra kavitasjon) og dynamiske grensebetingelser. En CFD simulering må modelleres 3-dimensjonalt og håndtere disse grensebetingelsene på en god måte. Problemstillinger s om må undersøkes er: - Dynamisk tilpasning av beregnings-grid/mesh til tidsavhengige grenseflater - Et statisk grid er uegnet hovedsakelig på grunn av at turbinhjul og væsken har en ikke-stasjonær relativ bevegelse. Samtidig er et dynamisk grid et fortri nn for flerfasesimulering. - Grad av oppløsning - Oppløsningen må være høy nok til at ønsket nøyaktighet oppnås, men samtidig lav nok til at statistisk behandling av væskestrøm er mulig. Innen dette fagfeltet eksisterer det omfattende teoretisk material e. - Grid indusert avvik - Et tredje moment er potensielle systematiske avvik som kan bli et resultat av grid konfigurasjon. En metode for motvirkning av dette er Particle in a Cell- metoden som også blir brukt i forbindelse med simulering av ultra-relat ivistisk tung-ione eksplosjoner. Andre metoder vil også bli vurdert. Innen CFD finnes det flere programvareløsninger for simulering av væske-strømninger i statiske omgivelser. En del av disse er også utviklet med tanke på mekanisk veksel-virking eller flerfase-strømninger. I senere tid er det gjort betydelige framskritt inne denne type simulering, som også vil ha relevans for Pelton-turbiner. Allikevel er det fortsatt vanlig å utføre kostbare modell/skala-forsøk for å prøve ut design av Pelton-turbiner . Det er derfor et behov for å videreutvikle og implementere numeriske metoder som gir muligheter for mer realistiske simuleringer av strømningene i en Pelton-turbin. Prosjektet vil involvere følgende hovedmomenter, som er beskrevet nærmere i vedlagte pr osjektbeskrivelse.