Прогнозирование нестационарных вихревых явлений в гидротурбинах на основе современных алгоритмов машинного обучения

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-79-10080

НазваниеПрогнозирование нестационарных вихревых явлений в гидротурбинах на основе современных алгоритмов машинного обучения

Руководитель Скрипкин Сергей Геннадьевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" , Новосибирская обл

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-404 - Проблемы создания энергетического оборудования

Ключевые слова закрученный поток, прецессия вихревого ядра, вихревой жгут, пульсации давления, гидротурбина, численное моделирование, машинное обучение, нейронные сети

Код ГРНТИ44.35.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Нестационарные вихревые структуры, возникающие в закрученном потоке за рабочим колесом гидротурбины, порождают сильные пульсации давления, отрицательно воздействующие на надежность и безопасность конструкций гидроэлектростанции. Такие потоки являются трехмерными, турбулентными и нестационарными, что делает их изучение сложным как экспериментальными, так и расчетными численными (CFD) методами. Вихреразрешающий численный расчет течения позволяет моделировать вышеуказанные вихревые структуры, хотя является крайне ресурсоемким, что затрудняет его широкое использование в процессе проектирования проточных частей гидротурбин. В связи с этим, крайне важной является задача прогнозирования характеристик таких вихревых структур на основе осредненных распределений скоростей потока за рабочим колесом гидротурбины, которые могут быть определены из более ресурсосберегающего CFD расчета в стационарной циклической постановке. Для решения этой задачи требуется разработать соответствующую методику. В данном проекте будет использован современный комплексный подход для прогнозирования нестационарных вихревых явлений с помощью машинного обучения и искусственных нейронных сетей. Это позволит интерпретировать большие массивы эмпирических данных, содержащих распределения скоростей и пульсации давления для широкого класса закрученных течений, в том числе, реализующихся в модели гидротурбины. Получение такого массива данных будет осуществляться с помощью автоматизированных детальных экспериментов на модельных установках с привлечением методов быстрого прототипирования. С помощью вихреразрешающего численного моделирования, верифицированного экспериментальными данными, планируется углубить и расширить понимание механизмов образования нестационарных вихревых структур в закрученных потоках. В результате выполнения проекта с помощью такого комплексного подхода будет разработан оптимальный метод прогнозирования опасных пульсаций давления в проточной части гидротурбины на этапах проектирования.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Скрипкин С.Г., Суслов Д.А., Литвинов И.В., Гореликов Е.Ю., Цой М.А., Шторк С.И. Comparative analysis of air and water flows in simplified hydraulic turbine models Journal of Physics: Conference Series, Т. 2150. – №. 1. – С. 012001. (год публикации - 2022)
10.1088/1742-6596/2150/1/012001

2. Скрипкин С.Г., Зуо З., Цой М.А., Куйбин П.А., Лиу С. Oscillation of Cavitating Vortices in Draft Tubes of a Simplified Model Turbine and a Model Pump–Turbine Energies, 2022, 15(8), 2965 (год публикации - 2022)
10.3390/en15082965

3. Палкин Е.В., М.Ю. Хребтов, Мулляджанов Р.И., Литвинов И.В., Алексеенко С.В. Численное моделирование закрученного потока в отсасывающей трубе модели гидротурбины Сибирский журнал индустриальной математики, Т. 26, № 1. C. 132–141 (год публикации - 2023)
10.33048/SIBJIM.2023.26.112

4. Устименко А.С., Литвинов И.В., Сонин В.И., Шторк С.И., Куйбин П.А., Семенова А.В. Подход к лабораторному моделированию распределения скорости за рабочим колесом гидротурбины. Часть 1. Проектирование лопаток завихрителей Прикладная механика и техническая физика (год публикации - 2023)
10.15372/PMTF202215093-1

5. Устименко А.С., Литвинов И.В., Сонин В.И., Шторк С.И., Куйбин П.А., Семенова А.В. Подход к лабораторному моделированию распределения скорости за рабочим колесом гидротурбины. Часть 2. Верификация метода Прикладная механика и техническая физика (год публикации - 2023)
10.15372/PMTF202215093-2

6. Скрипкин С.Г., Суслов Д.А, Плохих И.А., Цой М.А., Гореликов Е.Ю., Литвинов И.В. Data-Driven Prediction of Unsteady Vortex Phenomena in a Conical Diffuser Energies, 16, 2108 (год публикации - 2023)
10.3390/en16052108

7. Цой М.А., Скрипкин С.Г., Литвинов И.В. Two spiral vortex breakdowns in confined swirling flow Physics of Fluids, Phys. Fluids 35, 061704 (год публикации - 2023)
10.1063/5.0154809

8. Суслов Д.А. , Скрипкин С. Г. , Цой М.А., Гореликов Е.Ю., Шторк С.И. Активное управление вихревыми структурами за рабочим колесом модели гидротурбины Френсиса Теплофизика и аэромеханика (год публикации - 2024)

9. Скрипкин С. Г., Суслов Д.А., Цой М.А., Гореликов Е.Ю., Литвинов И.В. Data acquisition in a simplified turbine model for prediction of unsteady vortex phenomena Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2024)

Публикации