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Experiments and numerical simulations of the flow within a model of a hydraulic turbine surge chamber

Authors
Publisher
McGill University
Publication Date
Keywords
  • Engineering - Mechanical

Abstract

Des chambres d'équilibre sont parfois intégrées aux circuits hydrauliques des centrales hydroélectriques afin d'absorber les ondes de pression se formant lors de l'ouverture/fermeture d'une turbine. Celles-ci affectent l'efficacité des centrales, en augmentant les pertes d'énergie. Ce projet de maîtrise vise à 1) étudier les phénomènes physiques ainsi que l'écoulement à l'intérieur d'une chambre d'équilibre sous opération normale (i.e. aucune ouverture/fermeture de turbine), et à 2) obtenir des données expérimentales visant à valider les simulations numériques de cet écoulement complexe.Les mesures expérimentales et les simulations numériques ont été effectuées sur un modèle simplifié d'une chambre d'équilibre. Ce dernier a été opéré sous de multiples configurations à débit d'entrée constant. L'écoulement tridimensionnel, instationnaire, incompressible, tourbillonnant et biphasique a été caractérisé expérimentalement par des quantités globales, telles que des pertes de charges, ainsi que par des quantités locales, telles que des profils et des périodes d'oscillations de surface libre, des profils de pression réduite et des champs de vitesses. Les mêmes quantités ont aussi été obtenues par calculs numériques en utilisant l'exécutable "rasInterFoam" du code à source ouverte "OpenFOAM-1.5", limité aux écoulements incompressibles et biphasiques. Ce dernier traite l'écoulement comme étant un mélange localement homogène composé de deux phases en utilisant une méthode "volume-of-fluid" (VOF) et un schéma de capture d'interface.Globalement, les résultats numériques concordent avec les mesures expérimentales, malgré quelques variations locales. Les oscillations périodiques de l'écoulement survenant à un débit d'entrée constant, qui ont été observées tant sur le banc d'essai que dans les simulations numériques, sont associées aux phénomènes i) d'oscillation de masse et de ii) ballottement auto-induit.

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