Projekti / Programi
Numerična in eksperimentalna analiza nestacionarnih pojavov v reverzibilnih črpalkah-turbinah
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.13.00 |
Tehnika |
Procesno strojništvo |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T000 |
Tehnološke vede |
|
črpalka-turbina, izkoristek, numerične metode, kavitacija, pulzacije tlaka, modelne meritve
Raziskovalci (7)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
05388 |
dr. Dragica Jošt |
Procesno strojništvo |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
127 |
| 2. |
05389 |
dr. Andrej Lipej |
Procesno strojništvo |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
160 |
| 3. |
22275 |
Peter Mežnar |
Procesno strojništvo |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
23 |
| 4. |
24331 |
dr. Jure Ravnik |
Procesno strojništvo |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
492 |
| 5. |
13470 |
dr. Niko Samec |
Procesno strojništvo |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
642 |
| 6. |
06428 |
dr. Leopold Škerget |
Procesno strojništvo |
Vodja |
2008 - 2011 |
1.007 |
| 7. |
12653 |
dr. Zoran Žunič |
Procesno strojništvo |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
112 |
Organizacije (2)
Povzetek
Raziskovalni projekt je namenjen numerični analizi nestacionarnih pojavov v črpalki-turbini. Poudarek pri raziskavi bo na medsebojni interakciji numerične analize tokovnih razmer v celotnem pretočnem traktu črpalne hidroelektrarne (ČHE) z uporabo nestacionarnih računskih modelov in eksperimentalnih rezultatov dobljenih z modelnimi meritvami. Primerjava numeričnih in eksperimentalnih rezultatov nam omogoča razviti učinkovite metode, ki se lahko uporabljajo pri razvoju ČHE za poljubne obratovalne režime. Rezultati raziskave nam bodo omogočili ustvariti bazo za nadaljnji razvoj enostopenjskih črpalk-turbin za široko območje specifičnih vrtilnih frekvenc in manometričnih padcev. Optimiranje geometrijskih oblik mora ustrezati tako hidravličnim, kot tudi trdnostim zahtevam glede statičnih in dinamičnih obremenitev. Vodilne lopatice črpalke-turbine bodo optimirane s stališča trdnosti na podlagi izmerjenih velikih statičnih in dinamičnih obremenitev na modelu, kar bo omogočalo izvedbo prototipov z visoko razpoložljivostjo celotnih agregatov.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave na področju numerične analize nestacionarnih pojavov zahtevajo študijo zelo različnih prostorskih in časovnih velikostnih redov. To pomeni, da moramo imeti zelo goste računske mreže in zelo majhne časovne korake. Vse to vodi do zelo dolgih računskih časov. Ob uporabi večprocesorskih superračunalnikov je možno računske čase skrajšati, vendar v določenih primerih posamezen izračun potrebuje tudi več tednov ali celo mesecev za dosego dobrega rezultata. V industriji je čas razvoja bistvenega pomena, zato je potrebno razviti učinkovite metode, ki nam skrajšajo celoten numerični postopek. Za dosego omenjenih ciljev je bilo potrebno raziskati tudi optimiranje paralelnega računanja na velikem številu procesorjev, kar nam supreračunalnik z 2048 procesorji instaliran v Turboinštitutu omogoča.
Za razvoj znanosti je zelo pomembna tudi študija različnih turbulentnih modelov pri numerični simulaciji nestacionarnih pojavov, še posebej v črpalnem režimu, kjer zaradi difuzorskega efekta nastane zelo veliko vrtincev, odleplanj toka in povratnih tokov. Analizirali smo rezultate dobljene z različnimi dvoenačbenimi modeli z uporabo stenskih funkcij in tudi tako imenovane low Reynolds modele. Pri določenih primerih smo uporabili tudi Large Eddy Symualtion (LES) turbulentni model, ki se je izkazal za zelo natančnega, vendar je trenutno še preveč časovno zahteven za vsakdanje delo na industrijskih projektih.
Nazadnje smo podrobno analizirali nestacionarne pojave z uporabo SAS-SST (Scale Adaptive Simulation - Shear Stress Model), kjer je bilo ugotovljeno, da turbulentni model ni tako časovno zahteven, kot recimo LES model, rezultati pa se dobro ujemajo z rezultati modelnih meritev. Prav tako je bila opravljena podrobna analiza računskih modelov brez in z upoštevanjem kavitacije, kjer v določenih področjih tlak pade do vrednosti parnega tlaka in se začne voda uparjati. Ker je za pojav kavitacije potrebno analizirati dvofazne nestacionarne tokove, to prav tako vpliva na podaljšanje računskih časov.
Pomen za razvoj Slovenije
V industriji se v fazi razvoja novih proizvodov vedno več uporabljajo numerične metode in modeliranje različnih procesov z uporabo računalnikov. S tem se zmanjšuje obseg dragih, zamudnih in energetsko potratnih meritev z uvedbo različnih numeričnih modeliranj. Na nekaterih področjih je možno definirati karakteristike novega izdelka še predno je katerikoli del novega proizvoda fizično izdelan.
Pomemben družbeni segment, ki pri razvoju novih proizvodov uporablja predstavljene metode je energetika, še posebej obnovljivi viri energije - hidroenergija. V naslednjih destletjih bo v omenjeno področje vloženo več sto milijard evrov kapitala in ob upoštevanju dosedanje tradicije, lahko slovenska industrija uspešno sodeluje pri teh projektih. Uspeh je odvisen od kvalitete proizvoda, ki ga razvijamo. Z uporabo najsodobnejše programske opreme, ki jo razvijamo in testiramo v okviru raziskovalnega programa in sodobne strojne opreme, lahko rezultati raziskav pomagajo slovenski industriji, da konkurenčno nastopa na svetovnem trgu. Turboinštitut d.d. razpolaga z najzmogljivejšim računalniškim sistemom v Sloveniji in regiji (JV Evropa). Superračunalnik je sestavljen z IBM BladeCenter H gradniki. Vsako BladeCenter ohišje vsebuje 14 strežniških rezin, LAN in InfiniBand stikala. Strežniška rezina je opremljena s po dvema štiri jedrnima Intel Xeon procesorjema L5520 2.26GHz 8MB L2 1066MHz/60W ter 16GB PC2-5300 CL5 ECC DDR2 RAMa.
Rezultati raziskav projektne skupine so pomembni za nadaljnji razvoj znanja na področju razvoja in proizvodnje hidravličnih strojev, kot konkurenčnega proizvoda, ki ga slovenska industrija lahko enakovredno s celotno svetovno konkurenco trži v svetovnem merilu. Hidravlični stroji so eden izmed redkih proizvodov, kjer slovenska industrija popolnoma obvladuje tehnologijo in le malo držav je na svetu, ki lahko konkurirajo Sloveniji na področju hidravličnih strojev. To za prihodnost pomeni tudi možnost povečevanje števila novih delovnih mest.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
