Numerical modeling of deforming bubble transport related to cavitating hydraulic turbines

Abstract: Popular Abstract in Swedish Kavitation uppstår när trycket är så lågt så att vätska övergår till gas och det är ett problem i många vattenkraftverk på grund av att det kan försämra turbinverkingsgraden samt skada närliggande fasta ytor. Denna avhandling behandlar de numeriska svårigheter som man måste komma tillrätta med för att kunna datorsimulera kavitation i vattenturbiner. Dessa beror på den turbulenta och komplexa strukturen på vattenflödet, att geometrin har både fasta och rörliga delar, gasbubblornas rörelse samt kavitationens beteende. Avhandlingen fokuserar på nogrannheten och tillförlitligheten av flera av dessa svårigheter genom studier av bubblors rörelse i vatten. Två strategier har använts. Den första behandlar små bubblor som transporteras i det turbulenta flödet i en vattenturbin och den andra behandlar stora bubblor som deformeras och interagerar med omgivande vätska. Flera olika modeller har presenterats när det gäller numerisk behandling av ytor mellan gas-vätska samt vätska-fast kropp. Alla metoder har testats för en mängd olika fall för att påvisa den höga nogrannheten i de numeriska modellerna genom jämförelser med analytiska resultat och/eller experimentella data. Bland annat så har luftbubblor i vatten undersökts genom studier av (1) fritt stigande, deformerade bubblor, (2) formationen av bubblor vid luftinsprut i botten av en kanal samt (3) transporten av små sfäriska bubblor i det turbulenta flödet i en vattenturbin.