Instationäre Phänomene simulieren
Die Evolution des Strommarkts in Europa hat dazu geführt, dass hydraulische Maschinen aufgrund regelmäßiger Abläufe beim Hoch- und Runterfahren auf neue Art und Weise betrieben werden. Dies wiederum führte zur Entstehung starker instationärer Strömungsphänomene, welche bisher noch nicht vollständig erforscht sind. Herkömmliche numerische Simulationstools sind nicht gut dazu geeignet, instationäre Phänomene zu erfassen. Das EU-finanzierte Projekt "Simulation of transients in hydraulic machines" (SITHYM) nutzte einen neuen Ansatz, um instationäre Strömungen und hydraulische Belastungen während dem Hoch- und Runterfahren zu simulieren. Die Forscher verwendeten eine numerische Methode, die nicht auf einem Berechnungsnetz basiert, um instationäre Strömungen in hydraulischen Maschinen zu enträtseln. Dieser prädikative Ansatz basierte auf der Smoothed Particle Hydrodynamics-Methode (SPH). Der innovative Teil war die Verbindung von SPH und endlichem Volumen (FV, finite volume). Auf dieser Grundlage wurden FV bei hydraulischen Komponenten verwendet, um die Grenzschichten effizient zu modellieren. Der Hauptströmungsteil, in dem konvektive Phänomene vorherrschend sind, wurde durch die SPH-Methode aufgedeckt. Die Projektmitglieder entwickelten schließlich eine Variante zur Standard-SPH-Methode, um die Bedingungen von sich bewegenden Grenzen für interne Strömungen zu verwalten. Diese Methode wurde verwendet, um das Hochfahren einer Pumpturbine im Turbinenmodus zu simulieren. Insbesondere und trotz der einfachen Diskretisierung war es immer noch möglich, die hydraulische Belastung auf verschiedene hydraulische Teile zu messen. Zur Umsetzung einer Verbindung in Prozessen der numerischen Strömungsdynamik ist eine gleichzeitige effiziente Implementierung des Tools erforderlich. Zu diesem Zweck verlassen sich die Wissenschaftler auf eine hybride Parallelstrategie, die eine multiple Grafikverarbeitungseinheit ermöglichen. Das entwickelte Werkzeug ermöglicht es Ingenieuren, die Leistungsfähigkeit der installierten Maschinen zum sicheren Betrieb zu bewerten, sogar in Betriebsarten, die zur Zeit der Konstruktion nicht verfügbar waren. Die Projektaktivitäten legten den Grundstein für die Verbesserung von Simulationen mit unzähligen Anwendungen im Maschinenbau und dem Energiesektor.
Schlüsselbegriffe
Numerisches Tool, hydraulische Maschine, instationäre Strömung, Smoothed Particle Hydrodynamics, endliches Volumen, numerische Strömungsdynamik, Simulationen
