Publication

Physical Mechanism of Interblade Vortex Development at Deep Part Load Operation of a Francis Turbine

Résumé

For seamless integration of growing electricity production from intermittent renewable energy sources, Francis turbines are under increasing demand to extend their operating range. This requires Francis turbines to operate under off-design conditions, where various types of cavitation are induced. At deep part load condition, an interblade cavitation vortex observed in a runner blade channel is a typical cavitation phenomenon causing pressure fluctuations and erosion, which prevent a reliable operation of Francis turbines at deep part load. The underlying mechanisms of its development are, however, yet to be understood. In an objective of revealing its developing mechanisms, the present study is aimed at investigating flow structures inside runner blade channels by comparison of three different operating conditions at deep part load using numerical simulation results. After demonstrating interblade vortex structures are successfully simulated by performed computations, it is shown that flow inside the runner at deep part load operation is characterized by a remarkable development of recirculating flow on the hub near the runner outlet. This recirculating flow is concluded to be closely associated with interblade vortex development. The skin-friction analyses applied to the hub identify the flow separation caused by a nonuniform distribution of flow, which describes the underlying physical mechanism of interblade vortex development. Investigations are further extended to include a quantitative evaluation of the specific energy loss induced by interblade vortex development. The integration of energy flux defined by rothalpy evidences the energy loss due to the presence of strong interblade vortex structures.

À propos de ce résultat
Cette page est générée automatiquement et peut contenir des informations qui ne sont pas correctes, complètes, à jour ou pertinentes par rapport à votre recherche. Il en va de même pour toutes les autres pages de ce site. Veillez à vérifier les informations auprès des sources officielles de l'EPFL.
Concepts associés (32)
Turbine Francis
vignette|Coupe d'une turbine Francis. Dans la volute en forme de spirale, l'eau pénètre radialement dans la turbine et en sort axialement au centre vers le bas. Une turbine Francis est une turbine hydraulique de type « à réaction ». Elle est adaptée à des hauteurs de chute moyennes (de ), pour des puissances et débits moyens ou forts (tel le barrage d'Itaipu), à savoir de quelques kilowatts à plusieurs centaines de mégawatts pour des débits de /s.
Turbine hydraulique
Une turbine hydraulique est une machine tournante qui produit une énergie mécanique à partir d'eau en mouvement (cours d'eau ou marée) ou potentiellement en mouvement (barrage). Elle constitue le composant essentiel des centrales hydroélectriques destinées à produire de l'électricité à partir d'un flux d'eau. Elle a été inventée par Benoît Fourneyron en 1832, qui installa sa première machine à Pont-sur-l'Ognon. vignette|droite|Turbine hydraulique et générateur électrique, vue en coupe.
Turbine Kaplan
Une turbine Kaplan est une turbine hydraulique à hélice, de type « réaction » qui a été inventée en 1912 par l'ingénieur autrichien Viktor Kaplan. Elle est adaptée pour les faibles chutes de de hauteur, et les très grands débits de . La turbine Kaplan se différencie des autres turbines à hélices, par ses pales orientables, dont on peut faire varier le pas pendant le fonctionnement. Cela lui permet d'avoir un rendement énergétique élevé pour des débits d'eau variables. Son rendement atteint normalement entre 90 % et 95 %.
Afficher plus
Publications associées (53)

On the prediction of the induced damage by the start-up sequence of Francis turbines: On operational resilience framework

Mario Paolone, Christophe Nicolet, Elena Vagnoni, Martin Seydoux

The number of transient operations in hydraulic machinery connected to power grid, notably start-ups and shut-downs, has observed a substantial increase in recent decades, primarily driven by the global shift toward intermittent renewable energy sources. S ...
2024

Numerical simulations of Pelton turbine flow to predict large head variation influence

François Avellan, Cécile Münch-Alligné, Siamak Alimirzazadeh, Steve Crettenand

In the framework of the new feed-in-tariff system in Switzerland for Small Hydropower Plants (SHP), the aim of the SmallFLEX project, led by HES-SO Valais and performed in collaboration with EPFL, WSL, EAWAG, PVE, and FMV, is to show how SHP can provide wi ...
IOP PUBLISHING LTD2021

Swirl number based transposition of flow-induced mechanical stresses from reduced scale to full-size Francis turbine runners

François Avellan, Arthur Tristan Favrel, Christian Landry, Keita Yamamoto, Joao Gomes Pereira Junior

At part load conditions, Francis turbines are subject to the emergence of a hydrodynamic instability in their draft tube, referred to as precessing vortex rope. It induces pressure pulsations in the water passages at the precession frequency of the vortex, ...
2020
Afficher plus
MOOCs associés (7)
SES Swiss-Energyscope
La transition énergique suisse / Energiewende in der Schweiz
SES Swiss-Energyscope
La transition énergique suisse / Energiewende in der Schweiz
Plasma Physics: Introduction
Learn the basics of plasma, one of the fundamental states of matter, and the different types of models used to describe it, including fluid and kinetic.
Afficher plus

Graph Chatbot

Chattez avec Graph Search

Posez n’importe quelle question sur les cours, conférences, exercices, recherches, actualités, etc. de l’EPFL ou essayez les exemples de questions ci-dessous.

AVERTISSEMENT : Le chatbot Graph n'est pas programmé pour fournir des réponses explicites ou catégoriques à vos questions. Il transforme plutôt vos questions en demandes API qui sont distribuées aux différents services informatiques officiellement administrés par l'EPFL. Son but est uniquement de collecter et de recommander des références pertinentes à des contenus que vous pouvez explorer pour vous aider à répondre à vos questions.