Manipulation of the swirling flow instability in hydraulic turbine diffuser by different methods of water injection

Abstract

Vortex rope, which induces substantial pressure pulsations, arises in the draft tube (diffuser) of Francis turbine for off-design operating conditions. Present paper focuses on mitigation of those pulsations using active water jet injection control. Several modifications of the original Susan-Resiga’s idea were proposed. All modifications are driven by manipulation of the shear layer region, which is believed to play important role in swirling flow instability. While some of the methods provide results close to the original one, none of them works in such a wide range. Series of numerical experiments support the idea that the necessary condition for vortex rope pulsation mitigation is increasing the fluid momentum along the draft tube axis.

Při provozu Francisovy turbíny v mimooptimálním bodu vzniká v sací troubě (difuzoru) vírový cop. Příspěvek se zamžuje na potlačení tohoto jevu využitím vstřikování paprsku vody. Je aplikováno několik modifikací vycházejících z původního řešení prof. Susan-Resigy. Všechny se zaměřují na ovlivnění smykové vrstvy. Ačkoli se některé svým efektem blíží k původnímu řešení, žádné z nich bohužel nepůsobí v tak širokém provozním rozsahu. Provedené numerické experimenty ukazují, že nezvytnou podmínkou pro potlačení pulzací je zvýšení axiální hybnosti v blízkosti osy difuzoru.