Calcul de l'amortissement ajouté par l'eau sur une aube de turbine hydroélectrique

Ce mémoire concerne le transfert d'énergie cinétique et potentielle d'une structure immergée vers le fluide qui s'écoule autour, ou encore l'amortissement ajouté par le fluide. L'objectif est de quantifier ce paramètre pour une aube de turbine hydroélectrique dans l'optique d'arriver à mieux estimer la durée de vie en fatigue de telles machines. Pour y arriver, une méthodologie basée sur des analyses modales et des simulations numériques des écoulements de fluide a été développée. Un mouvement oscillatoire de la structure est imposé lors de la simulation de l'écoulement, ce qui évite d'avoir recours à de coûteux calculs où le solide et le fluide sont couplés de manière bidirectionnelle. La méthode a été validée à l'aide d'un cas test fourni par ANDRITZ HYDRO, puis appliquée avec succès sur une aube de turbine à hélice appartenant à Hydro-Québec.

Abstract

This master's thesis considers kinetic and potential energy transfer from a submerged structure to the surrounding fluid flow, here referred as fluid added damping. The goal is to determine the value of this parameter for a hydroelectric turbine blade with the idea of getting better fatigue life estimates for such machines. In order to achieve this, a methodology based on modal analysis and numerical simulations of fluid flows has been developed. Prescribing an oscillatory motion of the structure in the flow simulation avoids the need for computationally intensive two-way fluid-structure coupling. This method has been validated using a test case from ANDRITZ HYDRO, then successfully applied to the blade of a propeller turbine owned by Hydro-Quebec.