Nouveaux algorithmes d'interaction fluide-structure appliqués à des concepts de turbines novateurs

流体结构相互作用的新算法和涡轮机创新者的概念

• 批准号: RGPIN-2019-04489
• 负责人: Olivier, Mathieu
• 金额: $ 1.97万
• 依托单位: Université Laval
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Discovery Grants Program - Individual
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2020-01-01 至 2021-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=714108
• 关键词: Nouveaux; algorithmes; interaction; fluide; structure

Dans le contexte où la société cherche à se libérer des énergies fossiles, le développement de nouvelles technologies utilisant l'énergie de l'eau et du vent est primordial. Parmi ces technologies, plusieurs concepts innovants de turbines (éoliennes et hydroliennes) sont sujets à des phénomènes instationnaires qui font intervenir des interactions fluide-structures difficiles à résoudre numériquement. Ce programme de recherche s'intéresse donc au développement de nouvelles méthodes numériques en interaction fluide-structure ainsi qu'à l'étude fondamentale de ces phénomènes, en particulier, dans les nouveaux concepts de turbines visant l'énergie hydraulique et éolienne tels que les turbines à pales flexibles et les turbines à cylindres oscillants qui utilisent le mécanisme de vibration induite par vortex. Le développement des algorithmes de couplage sera fondé sur des méthodes utilisant le concept de compressibilité artificielle et sur des méthodes dites quasi-Newton. De récentes études ont démontré que l'instabilité des méthodes partitionnées (qui couplent deux logiciels ou algorithmes distincts) en interaction fluide-structure provient principalement des modes à basse fréquence. Afin de tirer avantage de cette caractéristique, des stratégies de filtrage seront étudiées. Le deuxième volet des travaux proposés concerne l'étude de concepts originaux de turbines (éoliennes ou hydroliennes) qui utilisent des composantes flexibles ou encore des composantes montées sur supports élastiques en mouvement passif. Dans les deux cas, les interactions fluide-structures sont au coeur de la problématique. De tels mécanismes sont susceptibles de modifier la forme des pales passivement et dynamiquement de façon à augmenter l'efficacité globale de ces machines. Ces concepts de turbines étant sujets à plusieurs paramètres, il incombe de disposer de méthodes numériques efficaces. De plus, l'expérience passée a démontré que l'étude des concepts voués à être utilisés dans l'eau font généralement intervenir des interactions fluide-solides fortes qui sont difficiles voire impossibles à prendre en compte avec les algorithmes actuels. Les développements de nouvelles méthodes de couplage partitionné proposés permettront de résoudre des problèmes d'interactions très fortes entre un solide et un écoulement de fluide. Ces méthodes pourront notamment servir de canevas pour tous les types de simulations multiphysiques qui vont bien au-delà des interactions fluide-structures dans les turbines. Enfin, les études physiques proposées sur les nouveaux concepts de turbines permettront des avancées majeures dans les domaines des énergies éoliennes et hydrauliques puisqu'elles permettront de faire la preuve de concept de turbines novatrices. Enfin, les contributions importantes à ces technologies d'énergie renouvelable représentent un pas important pour le Canada dans la lutte aux combustibles fossiles et aux changements climatiques.

在化石能源自由社会背景下，利用水和原始能源的新兴技术的发展。涡轮机（流体和水力发电）创新的技术和概念是在流体结构与数值计算之间的相互作用中发生的现象。流体结构相互作用的新型数值方法研究计划，特别是关于涡轮机的新概念的涡轮机水力和涡轮机的新概念 灵活的涡轮机和利用涡流独立振动机制的圆柱振荡器。 耦合算法的开发是利用压缩技术概念和准牛顿方法的方法。最近研究了分区方法的不稳定性（将两个逻辑或不同的算法结合起来）和流体结构相互作用，提供了低音频率模式的原理。我们将利用该特性、过滤技术研究的策略。第二轮提案涉及涡轮机（éoliennes 或 Hydroliennes）的起源概念研究，以利用灵活的组合或再演蒙特组合，以支持被动运动的弹性。两个流体结构之间的相互作用是问题的核心。这些机械装置容易改变被动和动态的形式，从而增强机器的全球效率。涡轮机的概念包括附加参数，以及数字处理方法的功效。另外，我已经经历过使用流体-固体交互作用的一般概念的研究，在实际的算法中，很难解决不可能的问题。 新发展的耦合分区方法提出了解决固体与流体相互作用问题的解决方案。该方法可以为多种类型的多物理场模拟提供服务，以便与涡轮机中的流体结构相互作用。 Enfin 提出了新的涡轮机新概念的研究成果，其中包括在能源和水力领域中的不可抗力的新涡轮机概念。 Enfin，这些可再生能源技术的重要贡献对加拿大在可燃物化石和气候变化方面的重要贡献。