Simuler des phénomènes transitoires
L'évolution du secteur européen de l'électricité s'est traduite par de nouveaux modes de fonctionnement des machines hydrauliques, caractérisés par des arrêts et des redémarrages fréquents. Ceci a conduit à des écoulements transitoires puissants, qui ne sont pas encore bien compris. Les outils classiques de simulation numérique ne rendent pas bien compte de tels phénomènes transitoires. Le projet SITHYM («Simulation of transients in hydraulic machines»), financé par l'UE, a appliqué une nouvelle approche pour simuler les écoulements transitoires et les charges hydrauliques pendant l'arrêt et le démarrage des unités. Pour expliciter les écoulements transitoires dans les machines hydrauliques, les chercheurs ont utilisé une méthode numérique sans maillage. Cette approche prédictive s'appuie sur la méthode de calcul hydrodynamique de particules lissée (SPH). L'innovation du projet a été d'y ajouter un couplage en volume fini, utilisé autour des composants hydrauliques pour modéliser efficacement les couches limites. La méthode SPH se charge de résoudre l'écoulement principal, où les phénomènes convectifs sont prédominants. Les membres du projet ont conçu une variante de la SPH pour gérer des conditions limites mouvantes dans les écoulements internes. Cette méthode a simulé le démarrage d'une pompe-turbine en mode turbine. En dépit du grain assez large des calculs, il a été possible de mesurer la charge hydraulique de divers composants hydrauliques.Mais pour intégrer le couplage dans le cadre d'un processus industriel de calcul de dynamique des fluides, il faut assurer un parallélisme efficace de l'outil. Pour ceci, les scientifiques ont appliqué une stratégie mixte basée sur l'utilisation de nombreux processeurs graphiques. L'outil réalisé permet aux ingénieurs d'évaluer la capacité des machines installées à fonctionner en sûreté, même dans des modes non prévus lors de leur conception. Les travaux du projet ont posé les bases pour optimiser dans de très nombreux cas les simulations en génie mécanique et dans le secteur de l'énergie.
Mots‑clés
Outil numérique, machine hydraulique, écoulement transitoire, hydrodynamique de particules lissée, volume fini, calculs de dynamique des fluides, simulations
