Home / Новости науки / Российские физики выяснили, как повысить безопасность работы ГЭС

Российские физики выяснили, как повысить безопасность работы ГЭС

Плотина Красноярской ГЭС - РИА Новости, 1920, 28.07.2022© РИА Новости / Илья НаймушинПерейти в фотобанкПлотина Красноярской ГЭС. Архивное фото

Российские ученые, используя расчетные и экспериментальные методы, выяснили, каким образом возникают потенциально опасные режимы работы оборудования гидро- и ветроэлектростанций, полученные результаты важны для повышения безопасности эксплуатации этих объектов энергетики, сообщили РИА Новости в Министерстве науки и высшего образования РФ.

Сотрудники подведомственных Минобрнауки Сибирского федерального университета (СФУ) и Института теплофизики имени Кутателадзе Сибирского отделения РАН изучали вихревые потоки — одну из характерных форм движения текучей среды.

Вихри образуются в природе — например, в реках или океанах, в воздухе (атмосферные потоки), а также в технических устройствах и механизмах. Энергия вихревых потоков используется для создания подъемной тяги самолетов, разработки турбомашин и вентиляционных систем, а также для работы гидротурбинного оборудования на гидроэлектростанциях (ГЭС). Однако эта энергия может провоцировать аварии и даже масштабным разрушения на ГЭС. Поэтому важно понимать, какие именно процессы в вихревых потоках могут нести опасность.

Авторы нынешней работы исследовали нестационарное поведение вихревого ядра в условиях так называемых закрученных потоков. Ученые провели комплексное расчетно-экспериментальное исследование турбулентного потока с различными режимами закрутки. Для этого они использовали гидродинамическую установку и численное моделирование.

Полученные экспериментальные и теоретические результаты продемонстрировали, как происходит непериодическое «перезамыкание» вихревого ядра и образование вихревых колец, несущих потенциальную угрозу оборудованию, в котором используется энергия закрученных потоков.

«Одним из первых в мире нам удалось зафиксировать и воспроизвести, как происходит «перезамыкание» вихревого ядра в гидротурбине — и при помощи численного моделирования, и экспериментально. Визуально это выглядит как образование некоего кольца, когда вихревой жгут «замыкается» сам на себя», – сказал научный сотрудник Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Дмитрий Платонов.

Выяснилось, что такие «кольца» отрываясь ударяются о стенки проточного тракта турбины, создавая сильный шум и локальные перегрузки, что вызывает ускоренный износ оборудования и провоцирует аварийные ситуации.

«Эффект «перезамыкания» и отрыва вихревых «колец» был обнаружен нашими новосибирскими коллегами практически случайно в ходе работы с экспериментальной установкой, которая моделирует работу высоконапорной гидротурбины. Однако, когда мы начали изучать его, в частности, при помощи численного моделирования, оказалось, что такое поведение водной или воздушной среды может привести к опаснейшим последствиям – недооценка таких явлений и недостаточная степень исследования закрученных потоков в гидротурбинном оборудовании может стать причиной крупной аварии, подобной произошедшей на Саяно-Шушенской ГЭС в 2009 году», – отметил Платонов.

По его словам, изучая природу закрученных потоков, и в частности то, как образуются вихревые «кольца», можно успешно бороться с опасными последствиями, вызванными этими явлениями. Для этого можно менять режим работы оборудования или использовать специализированные подходы, будь то подача воды или воздуха в проточный тракт гидротурбины или установка стабилизирующих конструкций.

Способы нейтрализации вихревых потоков сродни борьбе с морскими волнами, пояснил исследователь. На берегу ставятся волнорезы, лишающие потоки воды разрушительной силы, а в гидротурбине, в частности на Саяно-Шушенской ГЭС с подачи сибирских ученых уже установлены специальные стабилизирующие конструкции – «ребра», которые гасят интенсивность вихревого жгута, добавил Платонов.

Расчеты, проводившиеся в ходе нынешнего исследования, практически полностью совпали с полученными экспериментальными данными.

«Важно, что алгоритм численного моделирования гибкий и хорошо адаптируется под индивидуальные задачи: вы можете рассчитать оптимальный режим работы под каждую конкретную турбину с учётом ее массогабаритных показателей, формы и так далее», — отметил Платонов.

Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале International Journal of Heat and Fluid Flow.

Источник

About Admin

Check Also

Опасное смешение. Как возник «русский вариант» коронавируса

Рекомбинация вирусов Из семейства «дельтакронов» Особенности «русского» вируса Не пропустить момент © РИА Новости / …

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.