Investigation of 3D flow structures and their effects on aeroelastic stability of turbine-blade cascades using experiment and deep learning approach
Project goals
At peak renewable energy production, it is necessary to operate steam turbines in modes outside the optimal design load. Modern steam turbines therefore have to operate under variable loading, which can lead to serious aeroelastic stability problems. Lower mass flow ratio results in a redistribution of the pressure field along the blades and the formation of spatial flow structures with a pronounced radial component. The main objective is therefore to experimentally and numerically investigate the effect of a 3D flow field with a radial flow component on aeroelastic stability and a formation of "stall flutter" for lower turbine blade loadings. Another important objective will be the development of a new aero-elastic model based on a neural network. This new model will be able to simulate extremely fast blade-fluid interaction problems while maintaining a complexity of the problem. The research will contribute significantly to a more accurate description of the effect of the 3D flow field on blade stability and to safer blade design for a wide range of loadining conditions.
Keywords
Aeroelastic instability3D flow structuressubsonic flowdeep learningneural networksdiscontinuous Galerkin methodreduced order modelsturbomachineryblade cascadesteam turbine
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
SGA0202400001
Main participants
Ústav termomechaniky AV ČR, v. v. i.
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
24-12144S
Alternative language
Project name in Czech
Výzkum 3D struktur proudění a jejich vlivu na aeroelastickou stabilitu kaskády turbínových lopatek pomocí experimentů a metody hlubokého učení
Annotation in Czech
Při špičkové produkci energie z obnovitelných zdrojů je nezbytné provozovat parní turbíny v režimech mimo optimální návrhové zatížení. Moderní parní turbíny proto musí pracovat v podmínkách proměnlivého zatížení, což může vést k vážným problémům s aeroelastickou stabilitou lopatek. Nižšího hmotnostní poměr průtoku má totiž za následek přerozdělení tlakového pole a tlakových pulzací podél lopatek a vzniku prostorových struktur proudění s výraznou radiální složkou. Hlavním cílem tohoto projektu je proto experimentální a numerický výzkum vlivu 3D proudového pole s radiální složkou proudění na aeroelastickou stabilitu a vznik “stall flutteru” pro podmínky nižšího zatížení turbinových lopatek. Dalším významným cílem bude vývoj nového aero-elastického modelu založeného na neuronové síti. Tento nový model umožní extrémně rychlé simulace úloh interakce lopatek s tekutinou při zachování komplexity problému. Výsledky výzkumu významně přispějí k přesnějšímu popisu vlivu 3D proudového pole na stabilitu lopatek a k bezpečnějšímu návrhu lopatek pro široký rozsah zatěžovacích podmínek.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
OECD FORD - main branch
20302 - Applied mechanics
OECD FORD - secondary branch
20305 - Nuclear related engineering; (nuclear physics to be 1.3);
OECD FORD - another secondary branch
20704 - Energy and fuels
GB - Agricultural machines and construction
JE - Non-nuclear power engineering, energy consumption and utilization
JF - Nuclear energy
JQ - Machinery and tools
JT - Propulsion, engines and fuels
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2024
Realization period - end
Dec 31, 2026
Project status
B - Running multi-year project
Latest support payment
Mar 19, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GA-R
Data delivery date
Feb 21, 2025
Finance
Total approved costs
10,046 thou. CZK
Public financial support
9,743 thou. CZK
Other public sources
303 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
10 046 CZK thou.
Public support
9 743 CZK thou.
96%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Applied mechanics
Solution period
01. 01. 2024 - 31. 12. 2026