Measurement and manipulation of water quality and its effect on hydraulic transients and cavitation

Prosjektet er et i hovedsak et eksperimentelt/ empirisk arbeid og har vært utført langs to hovedakser. 1) Laboratorieforsøk ved St. Anthony Falls (SAFL)/ University of Minnesota og 2) Feltforsøk på Svorka kraftverk i midt-Norge. Ved SAFL har prosjektet aktivt variert gassinnholdet på vannet samtidig som kavitasjonsintensitet på en hydrofoil har blitt målt. I samme runder har det blitt testet teknologier for å dempe samme intensitet for ellers like forhold. Forsøkene ved SAFL har gjort det mulig å teste hypoteser som ble satt ved oppstart av prosjektet. Feltforsøkene har inkludert en stor innsats på å utvikle instrumentering som tillater kontinuerlige beregningsintensive analyser. Det er hentet lange tidsserier (måneder) med data og disse er forsvarlig statistisk behandlet. Basert på målingene skissert over er det påvist en effekt av gass på kavitasjonsintensitet, noe som dermed bekrefter hypotesen. Feltmålingene har bekreftet sesongvariasjoner i vannkvalitet, og påvist variasjon i kavitasjonsintensitet. Korrelasjon mellom kavitasjonsintensitet og vannkvalitet har vært mer vanskelig å påvise enn opprinnelig planlagt. Hovedsaklig fordi det aktuelle vannkraftverket har et sekundært luftinnslippsystem installert. Metodene benyttet har blitt publisert i anerkjente vitenskaplig tidsskrift, mens resultatene har blitt formidlet til vannkraftmiljøet i Norge i forbindelse med en nasjonal konferanse (PTK) i mars 2015. I tillegg til avhandlingen blir det publisert to artikler som har et fokus på effekt av bruk av strømningskontrollteknikker både i lab og på vannturbin.

Background: Due to large seasonal variations and the extensive use of so-called creek- intakes in Norwegian hydropower plants the water quality will be very different. A water quality interest is already present within the hydropower community: E.g. (1) t he presence and charateristics of solids and its potential for erosion damage, and (2) the amount of dissolved oxygen and its impact on dowstream marine life. In this project the interest is on water quality and its impact on parameters affecting cavitati on and hydraulic transients. Both effects are deleterious and potential hazards for the operation of machinery. Project description: The project is aimed at qualifying a candidate for the phd degree. Rules and requirement by NTNU and the Reseach Council will be fullfilled.For the scientific content of the phd study a number of activities are planned following a classical structure. I.e. starting with a comprehensive literature survey, and concluding in a reliable measurement set-up and potential laborat ory demonstration of developed technology. Both instrumentation and developed technologies will naturally be part of the product line for the host business (Flow Design Bureau AS), suggesting that the project is well suited for the phd in businesses progr am. Critical R&D challenges: From a scientific point of view the measurement of the direct cavitation related quanty, liquid tension, is still highly experimental, and its uncertain if a reliable measure can be established in the field. The most critical challenge is whether it can be established if the water quality do have significant effects on cavitation and hydraulic transients in hydropower plants. Application potential: If the R&D challenges are met, the potential is for FDB a possibility to expa nd in in improving instrumentation knowledge and application, and for the prospective client a better planning of operation or load setting of the hydropower plant.