水力発電プラントのFSI解析

2011.10.30 FSI Analysis of a Hydroelectric Power Plant



   

水力発電プラントのFSI解析

FSI Analysis of a Hydroelectric Power Plant



水力発電プラントは経済的で環境にやさしい発電であるために世界中で使われています。 このような構造の技術的なチャレジの一つとして流体-構造相互効果を考慮することが 挙げられます。例えば、流路と水力タービンを通過することによる圧力の変動によって パルス的な負荷が発生し、発電建屋の振動を引き起こします。

この説明では、ADINAを用いて得られた流体-構造相互作用による建屋の振動を考慮して検証した 幾つかの結果を紹介します。図1に建屋構造と流路とタービンの図を示します。図2には、 結合した有限要素モデルを示します。時間ステップを0.002秒で、3000ステップの陰的スキーム を用いて結合したモデルの非線形非定常応答を計算しました。(文献参照)


流体は、ナビエストークス流体としました。流体の振る舞いは乱流とし、せん断輸送モデル(SST) を用いました。スライディングメッシュ境界条件をタービン翼の回転を行うのに用いました。




図1 水力発電プラントのFSI解析



図2 有限要素モデル (a)建屋 (b)タービン (c)流体





図3 t=4.8sにおける流体の速度ベクトル(左)と節点圧力(右)



図3は、時刻4.8秒における流体モデルの速度ベクトルと圧力コンタを示しています。

上の動画は建屋のZ方向の変位コンタと流体からの圧力負荷による時間依存の変形形状を示しています。


下の図は、流体の圧力コンタです。



この事例は、実践的な流体-構造相互作用問題を解析したADINAの高い能力を示します。 流体-構造相互作用解析の能力の概要は、以下の頁を参照ください。

Fluid-structure interaction

また、ターボ機械産業でのADINAの利用については、以下の事例で発表されています。


References

  • S. Wei, L. Zhang, "Vibration analysis of hydropower house based on fluid-structure coupling numerical method"” , Water Science and Engineering, 3(1): 75-84, 2010


Keywords:
水力発電、流体-構造相互作用、水力タービン、吸水管、建屋、振動、 スライディングメッシュ、せん断応力輸送(SST)、非定常


協賛 Shu-he Wei and Liao-jun Zhang, College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, P.R. China