Пожалуй, каждый новосибирец хотя бы издали наблюдал за беспокойными водяными бурунами в нижнем, а то и в верхнем бьефе Новосибирской ГЭС. Казалось бы, на ГЭС все просто – есть рабочие колеса, вращаемые потоками воды, они вращают валы генераторов, которые вырабатывают электрическую энергию. Более того, с 30-х годов прошлого века в нашей стране накоплен большой опыт в сооружении довольно крупных и мощных станций. Однако ряд важных проблем, связанных с надежностью гидроагрегатов, все еще не до конца исследован и решен. Яркий тому пример – недавняя катастрофа на Саяно-Шушенской ГЭС, которая приковала внимание инженеров к анализу динамических нагрузок и к их разрушительному воздействию.

Долгие годы эта тема оставалась уделом экспериментаторов из-за трудностей аналитического описания происходящих явлений при взаимодействии потоков воды с упругими конструкциями рабочих колес. Да и группе исследователей Института под руководством д.ф.-м.н. Черного С.Г. эта проблема далась не сразу. Потребовались годы кропотливого труда, чтобы создать мощный программный комплекс, который за обозримое время позволяет одновременно моделировать нестационарные течения вязкой несжимаемой жидкости в проточном тракте с учетом турбулентности и определять возникающие квазидинамические напряжения в упругих лопастях гидротурбин. При этом моделируется весь проточный тракт гидротурбины. На каждом временном шаге из решения уравнений упругости отыскиваются статические напряжения, набор которых дает квазидинамику нагрузок в конструкции.

Для ускорения расчета течений жидкости выделяются нестационарные особенности, которые затем описываются наиболее адекватными, но максимально упрощенными моделями, а для ускорения расчетов квазидинамического напряженно-деформированного состояния модифицирован метод граничных элементов путем предварительной LU-факторизации матрицы системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), подлежащей непосредственному обращению. Поскольку геометрия рабочего колеса в процессе вычислений циклических нагрузок на него не изменяется, то затратный по вычислительным ресурсам прямой ход LU-факторизации выполняется один раз в самом начале цикла, а затем используется ее обратный ход для экономичного решения СЛАУ в разные моменты времени.

Об особенностях этой работы на семинаре Информационно-вычислительные технологии 16 февраля доложил участник группы инженер-исследователь Института и аспирант НГУ Лютов А.Е. Этот научный результат «Методы и алгоритмы численного решения трехмерных задач «гидродинамика-упругость» в гидротурбостроении», полученный коллективом в составе д.ф.-м.н. Черного С.Г., к.ф.-м.н. Чиркова Д.В., Лютова А.Е., Крюкова А.Е., был утвержден Ученым советом Института как один из важнейших результатов за 2015 год.