Ключевые слова
Как цитировать
Аннотация
Аннотация. Введение. В мировом масштабе эффективное использование возобновляемых источников энергии, развитие производства экологически чистой электрической энергии, а также повышение эффективности микро-гидроэлектростанций являются одними из актуальных научно-технических задач. Совершенствование геометрии профиля лопаток имеет важное научно-практическое значение для повышения энергетической эффективности гидротурбин поперечного потока (Банки), широко применяемых при малых напорах и в условиях переменных режимов эксплуатации.
Методы и материалы. В исследовании были смоделированы плоский, закруглённый, острый и аэродинамический профили лопаток гидротурбины поперечного потока с использованием двухмерного (2D) метода вычислительной гидродинамики (CFD) в программном комплексе ANSYS Fluent. Для исследования явлений отрыва потока, рециркуляции и турбулентных процессов применялась модель турбулентности Shear Stress Transport (SST) k-ω. Расчётные исследования проводились при постоянном напоре 10 м в диапазоне частот вращения рабочего колеса от 270 до 940 об/мин. В процессе анализа оценивались крутящий момент, гидравлический коэффициент полезного действия, объёмная доля воды, распределение давления и поле скоростей потока.
Результаты. Результаты расчётного моделирования показали, что аэродинамический профиль лопатки обеспечивает более высокую гидравлическую эффективность по сравнению с другими конфигурациями. Максимальное значение коэффициента полезного действия было достигнуто при частоте вращения рабочего колеса 800 об/мин и составило 83,5 %. Повышение эффективности обусловлено улучшенным прилеганием потока к поверхности лопатки, снижением интенсивности вихревых образований и уменьшением потерь давления в выходной зоне. Острый профиль лопатки продемонстрировал высокие показатели в определённом диапазоне оптимальных частот вращения, тогда как для плоских и закруглённых профилей наблюдалось значительное увеличение зон турбулентности и рециркуляции потока.
Выводы. Результаты исследования показали, что гидравлическая эффективность гидротурбин поперечного потока непосредственно зависит от геометрии профиля лопаток. Установлено, что аэродинамический профиль способствует снижению неустойчивости потока и обеспечивает высокую эффективность в процессе двухступенчатого преобразования энергии. Подтверждено, что метод CFD-моделирования является надёжным инструментом для проектирования и оптимизации гидротурбин Банки, а полученные результаты могут служить важной научно-практической основой для разработки высокоэффективных гидротурбин, применяемых в микро-гидроэлектростанциях.
Библиографические ссылки
[1]. International Energy Agency (IEA). Access to Electricity [Elektron resurs]. - Paris, France. - URL: http://www.iea.org/weo/electricity.asp
[2]. The High-Level Political Forum. Goals Energy Action [Elektron resurs]. - URL: https://hlpf.un.org/.
[3]. Eludoyin E.O. The Nature of Sustainable Energy Access Transitions: Realities and Possibilities for Lagos, Nigeria: Ph.D. Thesis. – London: UCL Energy Institute, University College London, 2018. - 421 p. - URL: http://discovery.ucl.ac.uk/10057177/7/Eludoyin_10057177_thesis_redacted_photo.pdf
[4]. O‘zbekiston Respublikasi Prezidentining 2026-yil 1-maydagi “Gidroenergetika sohasini yanada rivojlantirish bo‘yicha kechiktirib bo‘lmaydigan chora-tadbirlar to‘g‘risida”gi qarori [Elektron resurs]. - URL: https://lex.uz/ru/docs/8168754.
[5]. Kaunda C. Energy situation, potential and application status of small-scale hydropower systems in Malawi // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2013. -Vol. 26. -P. 1-19. - DOI: 10.1016/j.rser.2013.05.034.
[6]. Sammartano V., Aricò C., Carravetta A., Fecarotta O., Tucciarelli T. Banki-Michell optimal design by computational fluid dynamic testing and hydrodynamic analysis // Energies. - 2013. -Vol. 6, No. 5. - P. 2362–2385. - DOI: 10.3390/en6052362.
[7]. Adhikari R., Wood D. The design of high efficiency crossflow hydro turbines: A review and extension // Energies. - 2018. - Vol. 11, No. 2. - Art. 267. - DOI: 10.3390/en11020267.
[8]. Assefa E.Y., Tesfay A.H. Effect of blade number on internal flow and performance characteristics in low-head cross-flow turbines // Energies. - 2025. - Vol. 18, No. 2. - Art. 318. – DOI: 10.3390/en18020318.
[9]. Guo Q., Zhou L., Wang Z. Numerical evaluation of the clearance geometries effect on the flow field and performance of a hydrofoil // Renewable Energy. - 2016. -Vol. 99. - P. 390-397. - DOI: 10.1016/j.renene.2016.06.064.
[10]. Desai V.R., Aziz N.M. An experimental investigation of cross-flow turbine efficiency // Journal of Fluids Engineering. - 1994. - Vol. 116. - P. 545-550. - DOI: 10.1115/1.2910311.
[11]. Sinagra M., Picone C., Aricò C., Pantano A., Tucciarelli T., Hannachi M., Driss Z. Impeller optimization in crossflow hydraulic turbines // Water. - 2021. - Vol. 13, No. 3. - Art. 313. - DOI: 10.3390/w13030313.
[12]. Phillips T.S., Roy C.J. Richardson extrapolation-based discretization uncertainty estimation for computational fluid dynamics // Journal of Fluids Engineering. - 2014. - Vol. 136, No. 12. - Art. 121401. - DOI: 10.1115/1.4027353.
[13]. Javaherchi T., Stelzenmuller N., Seydel J., Aliseda A. Experimental and numerical analysis of a scale-model horizontal axis hydrokinetic turbine // Proceedings of the 2nd Marine Energy Technology Symposium (METS2014). - Seattle, WA, USA, 15-18 April 2014.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Copyright (c) 2026 Safarov, A.B., Pirimov, R.R., Nematov, B.N., Choriyev, A.I. (Muallif)