22 nd IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems June 29 – July 2, 2004 Stockholm – Sweden 1 (10) 3D Flow Analysis in the Spiral Case and Distributor of a Kaplan Turbine Author Firm / Institution City, Country Lecturer (x) Sebastian Muntean Daniel Balint Romeo Susan-Resiga Ioan Anton Constantin Dârzan Romanian Academy – Timisoara Branch Politehnica University of Timisoara Politehnica University of Timisoara Politehnica University of Timisoara Hidroelectrica S.A. – Ramnicu Valcea Branch Timisoara, Romania Timisoara, Romania Timisoara, Romania Timisoara, Romania Ramnicu Valcea, Romania x Abstract The paper presents a numerical analysis of the 3D, inviscid, incompressible and steady flow in Kaplan turbine spiral case and distributor. Parallel computing, with advanced unstructured mesh partitioning, is employed to solve the Euler equations on a mesh of O(10 6 ) cells. Two stay vanes configurations are considered. An original analytical representation of the swirling flow in a section just upstream the runner blades is proposed, and it is shown to fit almost perfectly the numerical data. We examine the loading of the stay vanes for each configuration, as well as the circumferential non-uniformities of the velocity field at the runner inlet. It is shown that the largest perturbation amplitude occurs near the shroud corresponding to the first Fourier harmonics. The amplitude of this perturbation can be reduced by adjusting the position of some stay vanes. This conclusion is important in the framework of hydraulic turbines refurbishment, as well as for design optimization. Résumé Cet article présente une analyse numérique de l’écoulement stationnaire 3D incompressible dans la bâche et le distributeur d’une turbine Kaplan. Le calcul parallèle avec une répartition avisée du maillage non-structuré, est utilisé pour résoudre les équations Euler avec un maillage de O(10 6 ) cellules. Deux configurations pour les avant-directrices sont considérées. Une représentation analytique originale de l’écoulement tourbillonnaire dans une section en aval des aubes de la roue est proposée, et il est montré qu’elle interpole parfaitement les données expérimentales. Le chargement des avant-directrices pour chaque configuration ainsi que la non-uniformité circonférentielle du champ de vitesse à l’entrée de la roue sont examinées. Il est montré que la plus grande amplitude de perturbation se produit près du plafond, correspondant à la première harmonique Fourier. L’amplitude de cette perturbation peut être réduite en ajustant la position de quelques avant-directrices. Cette conclusion est importante autant pour la rénovation des turbines que pour l’optimisation du tracé. Kaplan_turbine_IAHR2004.doc