В Институте вычислительных технологий СО РАН завершен очередной этап исследований, связанных с разработкой вычислительных технологий для расчета течения и проектирования проточных трактов гидротурбин. Статья об этом вышла в журнале «Structural and Multidisciplinary Optimization».

Основной элемент гидротурбины — рабочее колесо, форма лопастей которого определяет коэффициент полезного действия турбины. Для крупных гидроэлектростанций проектируются уникальные рабочие колеса, максимально отвечающие напору и пропускной способности конкретного водохранилища. При проектировании этих элементов гидротурбин стараются обеспечить следующие характеристики: высокий КПД в широком диапазоне режимов работы, минимальные кавитационные явления (процессы, связанные с образованием и последующим схлопыванием в потоке жидкости кавитационных пузырьков), заданный запас прочности.

Таким образом задача проектирования рабочего колеса — многоцелевая, и ее решение вручную, методом проб и ошибок, чрезвычайно трудоемко и затратно. Поэтому в практике турбостроения все шире применяются математические методы оптимизации. С их помощью можно автоматизировать процесс проектирования формы проточной части. Разработкой методов, вычислительных алгоритмов и программного обеспечения для того, чтобы автоматизировать процесс проектирования, занимаются Институт вычислительных технологий совместно с Институтом математики им. С.Л. Соболева СО РАН.

«Наши исследования ведутся в кооперации с ведущим производителем гидротурбинного оборудования в России – ПАО "Силовые машины" (г. Санкт-Петербург), — рассказал участник авторского коллектива старший научный сотрудник ИВТ СО РАН кандидат физико-математических наук Денис Владимирович Чирков. — Изначально нам ставилась задача создать программный комплекс гидродинамических расчетов для оперативного расчета трехмерного течения в рабочем колесе и прогноза КПД турбины. Постепенно на базе этого комплекса была сформирована система автоматического проектирования, которая по заданным требованиям находит оптимальную форму рабочего колеса. Эта система внедрена в СКБ "Гидротурбомаш" ПАО "Силовые машины" и успешно используется при проектировании новых рабочих колес. В частности, с ее помощью были спроектированы такие элементы для Усть-Среднеканской и Красноярской ГЭС».

На сегодняшний момент сотрудники ИВТ СО РАН предложили и протестировали методику оптимизации, в которой помимо чисто гидродинамических критериев качества (таких как КПД, кавитационные характеристики) автоматически учитываются также прочность и вес рабочего колеса. Чем ниже вес, тем ниже металлоемкость рабочего колеса и стоимость его изготовления. С другой стороны, уменьшение веса может приводить к снижению прочностного запаса. Прочность и вес рабочего колеса в большой степени определяются распределением толщины лопасти, поэтому при проектировании важно уметь варьировать закон распределения толщин, желательно путем изменения небольшого числа параметров. 

«Общее число геометрических параметров, задающих форму рабочего колеса, включая форму срединной поверхности лопасти и распределения толщины, порядка тридцати, — уточнил Денис Чирков. — Для поиска оптимального набора используется многоцелевой генетический алгоритм, моделирующий процесс естественного отбора в биологии. В ходе оптимизации рассматривается большое число различных вариантов геометрии рабочего колеса, для каждого варианта вычисляются его критерии качества — гидродинамические и прочностные характеристики. Затем отбираются лучшие варианты, на их основе строится новое множество вариантов геометрии и цикл повторяется».

Для демонстрации возможностей разработанной технологии специалисты провели серию оптимизационных расчетов радиально-осевого рабочего колеса гидротурбины в различных постановках. Полученные результаты показывают, что в новой постановке удается одновременно повысить КПД турбины на 0,8 % в широком диапазоне режимов и снизить его вес на 15 % без ухудшения прочностных характеристик лопасти. Здесь необходимо отметить, что современные рабочие колеса служат более 40 лет, их КПД составляет около 95 %, поэтому его повышение даже на десятые доли процента дает существенную прибыль генерирующей компании.

Пресс-служба ИВТ СО РАН

Похожие новости

  • 02/07/2018

    Проект Сибирского суперкомпьютерного центра представили на президиуме РАН

    ​В Москве обсудили развитие суперкомпьютерных цифровых технологий в Российской Федерации. Научный руководитель Сибирского суперкомпьютерного центра (ССКЦ), директор Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН СО РАН член-корреспондент РАН Сергей Игоревич Кабанихин на заседании президиума РАН отметил, что сегодня суперкомпьютеры представляют собой технологическое оружие.
    600
  • 28/12/2018

    Разработка новосибирских учёных позволит исключить аварии в шахтах и рудниках

    Новосибирские учёные предлагают вывести на новый уровень контроль безопасности в шахтах и рудниках. Умные системы управления, созданные в Институте вычислительных технологий СО РАН, сегодня устанавливают на взрывоопасных производствах по всей стране: Кольский полуостров, Дальний Восток, Кузбасс уже оценили преимущества отечественных технологий.
    716
  • 10/01/2018

    ​В НГУ открыта регистрация в CompTech@Nsk Winter School

    ​В НГУ открыта регистрация в школу компьютерных технологий CompTech@Nsk Winter School. Студентов ждут лекции от известных ИТ-компаний и возможность создать собственный проект под руководством специалистов.
    712
  • 02/02/2018

    Ученые ИВТ СО РАН занимаются математическим моделированием в медицине

    ​Клеточные белки и их сети играют важную роль в нормальном функционировании организма. Биологи сравнивают каждую такую сеть с оркестром, а дирижером (с относительно недавнего времени) считают микроРНК — множество малых некодирующих молекул РНК, которые регулируют почти все процессы и химические реакции в организме человека.
    601
  • 06/03/2019

    ИТ СО РАН договаривается с индустриальными партнерами о размещении установки по переработке отходов

    ​Проект — создание Центра отработки технологий обращения с твердыми коммунальными отходами или «Система обращения с твердыми коммунальными отходами» — вошел в концепцию «Академгородок 2.0». Он согласован на заседании президиума СО РАН, одобрен в правительстве области, пояснила InfoPro54 начальник отдела инновационной, прикладной и внешнеэкономической деятельности Института теплофизики СО РАН Людмила Перепечко.
    169
  • 14/09/2017

    Разработка новосибирских ученых получила премию на крупнейшем европейском конгрессе по алгоритмам

    ​На 13-й международной конференции по алгоритмам и экспериментам для беспроводных сенсорных сетей ALGOSENSORS в Вене (Австрия) в двух статьях были представлены разработки лаборатории алгоритмики ММФ НГУ, сделанные совместно с коллегами из Берлина и Института математики им.
    1161
  • 05/03/2019

    Визит в СГУГиТ делегации ИВМиМГ СО РАН

    ​1 марта 2019 года в Сибирском государственном университете геосистем и технологий состоялся визит делегации ИВМиМГ СО РАН в составе 13 человек во главе с врио директором Марченко Михаилом Александровичем.
    136
  • 23/01/2019

    Новосибирские физики смоделировали атмосферу экзопланет

    ​Сотрудники Института лазерной физики СО РАН в лабораторных условиях моделируют плазменный ветер, аналогичный тому, что испускают объекты в сотнях световых лет от Земли. Эти исследования имеют большое значение для изучения состава и динамики верхней атмосферы разных классов экзопланет, в том числе потенциально пригодных для жизни.
    498
  • 26/11/2018

    Зачем в России создали центр квантовых технологий?

    ​Первые квантовые компьютеры могут появиться на Земле в ближайшие годы, но какую роль в их "рождении" сыграет Россия? Сергей Кулик, научный руководитель Центра квантовых технологий МГУ, рассказал, как российские физики будут развивать подобные технологии, и создавать квантовые вычислители в ближайшие годы.
    1214
  • 28/11/2018

    Институты СО РАН представили «Татнефти» цифровые модели и коммерческие разработки

    ​27 ноября 2018 года в Новосибирске состоялось рабочее совещание СО РАН и «Татнефти», на котором были представлены разработки институтов по математическому и цифровому  моделированию скважин, месторождений, трубопроводов, были предложены методы планирования и оптимизации работ.
    996