Numerical optimization of a Francis turbine’s guide vane axis location including inflow uncertainties

Optimisation numérique de la position de l’axe d’une directrice de turbine Francis en présence de conditions d’entrée incertaines

¹ Grenoble-INP / UJF Grenoble 1 / CNRS, LEGI UMR 5519
² Alstom Power Hydro, Global R&D Hydro Grenoble

^* Corresponding author: olivier.brugiere/guillaume.balarac/christophe.corre/olivier.metais@legi.grenoble-inp.fr, Phone: 33 (00) 476 825 121, Fax: +33 (00) 476 825 271

Abstract

The axis location of a Francis turbine guide vane is optimized on the basis of 2D interblade channel flow simulations using upstream boundary conditions that include the experimentally observed flow rate and incidence circumferential variations. These variations are treated as uncertainties and propagated through RANS and LES flow simulations using a non-intrusive polynomial chaos based uncertainty quantification. The computed mean value and variance of the guide vane torque are then used to design a robust optimal location for the guide vane axis.

Résumé

La position de la directrice d’une turbine Francis est optimisée à partir de simulations 2D de l’écoulement dans les canaux inter-aubes qui prennent en compte la variabilité des conditions d’entrée (débit, direction) observée expérimentalement sur la circonférence du distributeur. Ces variations sont traitées comme des incertitudes et propagées à travers des simulations RANS et LES à l’aide d’une technique non-intrusive de chaos polynomial. La valeur moyenne et la variance du couple exercé par l’écoulement sur la directrice sont utilisées pour déterminer de façon robuste la position optimale du tourillon.