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

流体结构相互作用应用的新算法 — 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: 2022
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2022-01-01 至 2023-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=754485
• 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 cour 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.

在社会寻求能源解放的背景下，利用水和能源的新技术的发展是原始的。在技术上，涡轮机的多个创新概念（éoliennes et hydroliennes）都是针对难以解决的流体-结构相互作用的现象而设计的。流体-结构相互作用的新数值方法的发展Au兴趣研究计划包括对这些现象的基本研究，特别是关于涡轮机的新概念，如柔性叶片涡轮机和圆柱形叶片涡轮机，这些涡轮机利用涡激振动的机制。耦合算法的发展是基于人工可压缩性概念的方法和拟牛顿方法。最近的研究表明，在基本频率模式的基础上，流体-结构相互作用中的分割方法（两种逻辑耦合或算法不同）不稳定。在这一特点的最大优势之后，学生们开始学习过滤策略。第二份工作建议涉及涡轮机（eliennes ou hydroliennes）概念的研究，这些概念用于柔性复合材料或被动运动中支撑柔性复合材料的montées。在这两种情况下，流体-结构相互作用是Au cour de la problématique的问题。这些机制可用于修改被动和动态因素的形式，以提高这些机制的全球效率。Ces concepts de turbines étant sujets à plusieurs parametres，il incombe de disposer de methodes numériques efficaces.此外，l'experience passée a démontré que l'étude des concepts voués à être utilisés dans l'eau font généralement intervenir des interactions fluide-solides fortes whi sont difficiles voire impossibles à prendre en compte avec les algorithmes actuels.提出了耦合分离新方法的研究方法，以解决固体与流体之间相互作用的问题。这些方法主要用于图斯所有类型的多物理模拟，这些模拟在涡轮机中的流体-结构相互作用方面非常好。Enfin，les études physiques proposées sur les nouveaux concepts de turbines permittont des avancées majeures dans les domaines des éenergies éoliennes et hydrauliques puisqu'elles permittont de faire la preuve de concept de turbines novatrices.然而，这些对可再生能源技术的重要贡献对加拿大在可燃物排放和气候变化方面并不重要。