Symulowanie zjawisk przejściowych
Zmiany na rynku energii elektrycznej w Europie sprawiły, że maszyny hydrauliczne są używane na nowe sposoby ze względu na konieczność częstego włączania i wyłączania urządzeń. Doprowadziło to do występowania zjawiska przepływu przejściowego, które jeszcze nie zostało dokładnie poznane. Tradycyjne narzędzia do symulacji numerycznej nie umożliwiają rejestrowania takich zjawisk przejściowych. Podczas realizacji projektu "Simulation of transients in hydraulic machines" (SITHYM) finansowanego przez UE zastosowano nowatorskie podejście do symulacji przepływów przejściowych i obciążeń hydraulicznych podczas uruchamiania i wyłączania urządzeń. Do analizy przepływów przejściowych w maszynach hydraulicznych naukowcy wykorzystali metodę numeryczną, która nie jest oparta na siatce obliczeniowej. Zastosowane podejście predykcyjne było oparte na metodzie obliczeniowej wygładzonej hydrodynamiki cząstek (SPH). Innowacyjnym elementem projektu było połączenie metod SPH i objętości skończonej (FV). Uzyskane wartości objętości skończonej zostały użyte w elementach hydraulicznych do sprawnego modelowania warstw granicznych. Kwestie głównej części przepływu, w której dominuje zjawisko konwekcyjne, można rozwiązać za pomocą metody SPH. Uczestnicy projektu opracowali zatem nowy wariant standardowej metody SPH, który umożliwia zarządzanie przemieszczaniem warunków granicznych w przepływach wewnętrznych. Metoda ta została pomyślnie zastosowana do symulacji uruchamiania turbiny pompy w trybie turbiny. Przede wszystkim mimo dyskretyzacji zgrubnej nadal było możliwe zmierzenie obciążenia hydraulicznego różnych elementów hydraulicznych. W celu połączenia obu metod w przemysłowym procesie obliczeniowej dynamiki cieczy wymagane jest sprawne wdrożenie równoległe narzędzia. W tym przypadku naukowcy zastosowali hybrydową strategię równoległą, która umożliwia wykonywanie obliczeń za pomocą wielu procesorów graficznych. Opracowane narzędzie umożliwia inżynierom ocenę możliwości zainstalowanych maszyn w celu zapewnienia ich bezpiecznego działania nawet w trybach, które były niedostępne w czasie projektowania tych urządzeń. Działania realizowane podczas projektu stały się podstawą optymalizacji symulacji w niezliczonych zastosowaniach związanych z inżynierią mechaniczną i sektorem energii.
Słowa kluczowe
Narzędzie numeryczne, maszyna hydrauliczna, przepływ przejściowy, wygładzona hydrodynamika cząstek, objętość skończona, obliczeniowa dynamika cieczy, symulacje
