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

  • 11/04/2019

    Ученые ИВТ СО РАН работают на обеспечение надежной космической связи

    В Институте вычислительных технологий СО РАН реализован проект по исследованию свойств орбитальных и наземных антенн из композитных материалов.Для обеспечения надежной связи с космическими аппаратами (в том числе военной и правительственной) необходимо создание крупногабаритных прецизионных рефлекторов (или отражателей) антенн, при изготовлении которых сегодня все больше используются композиты.
    96
  • 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.
    672
  • 01/02/2016

    Резиденты Академпарка создадут комплекс для анализа телекоммуникационных данных

    ​Резиденты Новосибирского Академпарка "Экспасофт" и "Сигнатек" совместно с Новосибирским государственным университетом разрабатывают аналитический комплекс потоковых данных в телекоммуникационных сетях.
    1670
  • 05/04/2019

    На форуме «Городские технологии» обсудили цифровую экономику

    ​В рамках форума-выставки новых технологий и разработок «Городские технологии-2019» прошла секция, посвященная роли цифровой экономики в интересах власти и бизнеса. Модераторами выступили представители Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН — член-корреспондент РАН Сергей Игоревич Кабанихин и врио директора ИВМиМГ СО РАН доктор физико-математических наук, профессор РАН Михаил Александрович Марченко.
    239
  • 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.
    655
  • 17/04/2019

    Центр хранения и обработки данных может быть создан в Новосибирске к 2022 году

    ​Сибирский центр высокопроизводительных вычислений, обработки и хранения данных планируется создать к 2022 году. Он нужен, в том числе для обработки и хранения информации с источника синхротронного излучения "СКИФ" (создается по нацпроекту "Наука"), сообщил ТАСС замдиректора Института вычислительных технологий СО РАН Андрей Юрченко.
    199
  • 16/04/2019

    Восемь ответов на частые вопросы о СНЦ ВВОД

    Зачем нужен Сибирский национальный центр высокопроизводительных вычислений, обработки и хранения данных — СНЦ ВВОД? Откуда придут деньги на его создание? Как этот проект связан с синхротроном СКИФ? С другими проектами «Академгородка 2.
    136
  • 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.
    198
  • 27/07/2018

    Чем удивит участников «Технопром-2018»?

    ​Через месяц в Новосибирске стартует VI международный форум «Технопром». Одна из масштабных дискуссионных площадок региона за последнее время успела сменить куратора, оператора и даже даты проведения. Вместе с тем организаторы уверяют, что подходы к подготовке форума остались прежними, разве что работа, по понятным причинам, ведется в сумасшедшем ритме — опоздать с разработкой проекта «Академгородок 2.
    553
  • 04/09/2018

    На «Технопроме-2018» заключено 49 соглашений мирового и федерального уровня

    ​За четыре дня мероприятие посетили 7 840 человек из 19 стран. VI Международный форум и выставка технологического развития «Технопром-2018» завершили работу в «Новосибирск Экспоцентр». За 4 дня «Технопром-2018» посетили 7 840 человек из 19 стран.
    443