Erosion assessment and anti-erosion optimization design for Francis turbine

物理 腐蚀 涡轮机 航空航天工程 地貌学 工程类 热力学 地质学
作者
Longgang Sun,Qian Zhang,Dongdong An,Zhuofei Xu,Shuaihui Sun,Pengcheng Guo
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:36 (10) 被引量:6
标识
DOI:10.1063/5.0234076
摘要

Sediment erosion poses a significant challenge for hydraulic turbines in sediment-laden rivers. This paper investigates the erosion patterns in high-head Francis turbines using numerical simulations. It analyzes how sediment concentration, particle size, and operating conditions affect wear on turbine components. The results identify the trailing edges of the guide vanes, the intersection of runner blade trailing edge, and runner band as primary erosion zones. Higher sediment concentrations increase erosion intensity and extend the erosion range upstream. Small particles uniformly affect both pressure and suction sides of the blades, while larger particles concentrate erosion near the runner band trailing edges. The flow rate has a greater impact on runner blade erosion than water head, with lower flow rates reducing pressure side erosion but initially increasing, then decreasing suction side erosion. Additionally, the study proposes a multi-objective, multi-condition optimization design method that balances erosion resistance and energy efficiency. The optimized runner reduces the maximum erosion rate by 23.91% while limiting the weighted efficiency loss to under 0.1%. The improved runner design reduces high erosion areas on both blade sides, particularly decreasing particle impact speeds near the trailing edges. Sensitivity analysis reveals a trade-off between minimizing erosion and maintaining hydraulic efficiency, highlighting the importance of span height at 75% for controlling erosion. Changes in blade circumference angle generally reduce erosion but may also lower efficiency. Overall, this research demonstrates a successful reduction in Francis turbine erosion while preserving hydraulic efficiency, offering valuable guidance for anti-erosion turbine design in sediment-heavy environments.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
arniu2008的应助被nicholasgxz采纳,获得20
刚刚
zzx发布了新的文献求助10
刚刚
gly发布了新的文献求助10
刚刚
刚刚
刚刚
window1000发布了新的文献求助10
1秒前
大模型的应助被爱喝冰咖啡采纳,获得10
1秒前
2秒前
活泼醉冬完成签到,获得积分10
2秒前
3秒前
王一鸣完成签到 ,获得积分10
3秒前
3秒前
4秒前
失眠的珩发布了新的文献求助10
4秒前
yyy关闭了yyy的文献求助
5秒前
Applennessy完成签到 ,获得积分10
6秒前
6秒前
6秒前
Owen的应助被昨天想睡觉采纳,获得10
6秒前
大番茄发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
8秒前
8秒前
8秒前
Orange的应助被外星人采纳,获得10
9秒前
10秒前
11秒前
科研通AI6.4的应助被qqqq采纳,获得10
11秒前
11秒前
11秒前
喵喵酱发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
12秒前
轩仔子发布了新的文献求助10
14秒前
木子又又发布了新的文献求助10
14秒前
14秒前
14秒前
汉堡包的应助被weijie采纳,获得10
14秒前
15秒前
15秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Energie-Contracting 1500
Klimaschutzrecht durch den Energiesektor im Mehrebenensystem – Ein Rechtsvergleich 1000
Oncology Clinical Trials: Successful Design, Conduct, and Analysis, Second Edition 800
Comprehensive Heterocyclic Chemistry IV 400
Qualitative Methodologies in Tourism Studies: Disrupting and Co-creating Critical Research 350
Représentation chimique de la structure des kérogènes et des asphaltènes en fonction de leur origine et de leur degré d'évolution 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8051691
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9479625
关于积分的说明 21298839
捐赠科研通 7620027
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3393536
关于科研通互助平台的介绍 2524818
邀请新用户注册赠送积分活动 2431558