Processus de vérification et de validation des analyses mécaniques des roues de turbines hydrauliques avec CODE-ASTER

Ce mémoire de maîtrise, intitulé «VÉRIFICATION ET VALIDATION DES ANALYSES MÉCANIQUES DE ROUES DE TURBINES HYDRAULIQUES AVEC CODE-ASTER», présente le développement d'une méthodologie de validation du code Aster pour les analyses mécaniques des roues des turbines hydroélectriques. Le sujet tire son origine du besoin d'un industriel de vérifier s'il est envisageable d'utiliser le code libre ‘'code Aster'' dans le but de simuler le comportement d'une turbine hydraulique soumise à des efforts fluidiques. La méthodologie utilisée est principalement une comparaison entre deux codes, et avec la solution analytique simplifiée. Le code utilisé comme base de comparaison est Workbench d'Ansys, qui est un code généraliste ayant déjà été validé. Les concepts de vérification et de validation de codes sont expliqués, avec un résumé de certaines méthodes particulières. Une brève description du fonctionnement des roues de turbines Francis est donnée, avec un résumé des principes physiques utilisés ainsi que le développement d'un modèle analytique simplifié. Les modèles physiques résolues par les solveurs sont données avec un résumé qualitatif des modèles numériques utilisés. Différents cas tests sont analysés et comparés entre les deux codes et la solution analytique quand le cas le permet. Ces cas tests ont pour but de simuler des cas simples faisant ressortir séparément chacune des caractéristiques physiques présentes dans une roue de turbine Francis. Les caractéristiques physiques importantes sont donc vérifiées une à la fois. Une tentative de calcul sur une situation plus réaliste a finalement été effectuée.

Abstract

This master's thesis, entitled « verification and validation of low-head hydropower runners structural analysis with Aster» presents a mechanical based design code validation methodology applied to low head hydropower runners. The goal of the project is to verify the possibility of using Aster an open source code for mechanical simulations of low head hydropower runners. The method used for the verification is mainly a code to code comparison, and with analytical solutions, when allowed. The code used as comparison basis is Ansys Workbench, which has already been validated. The code verification and validation concepts are explained, with a summary of some particular methods. A brief description of low head hydropower runners operation is given, with a summary of physical principles used for its modeling. A simplified model was developed. The physical models solved by the computer codes are given, with a qualitative summary of numerical models used. Different test cases used are described, with analytical solution when possible. The results of these test cases are analyzed and compared between the two codes and the analytical solution. The goal of theses test cases is to simulate simple cases showing separately each physical characteristics present in a Francis turbine runners. The physical characteristics of importance are then verified one by one. An attempt on a more realistic and complex situation was finally done.