Two-Way Coupled Fluid Structure Interaction Simulation of a Propeller Turbine

Schmucker, Hannes; Flemming, Felix; Coulson, Stuart

doi:http://dx.doi.org/10.5293/IJFMS.2010.3.4.342

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자료유형: 학술저널

저자정보: Schmucker, Hannes Flemming, Felix Coulson, Stuart

저널정보: 한국유체기계학회 International Journal of Fluid Machinery and Systems International Journal of Fluid Machinery and Systems Vol.3 No.4

발행연도: 2010.12

수록면: 342 - 351 (10page)

DOI: http://dx.doi.org/10.5293/IJFMS.2010.3.4.342

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During the operation of a hydro turbine the fluid mechanical pressure loading on the turbine blades provides the driving torque on the turbine shaft. This fluid loading results in a structural load on the component which in turn causes the turbine blade to deflect. Classically, these mechanical stresses and deflections are calculated by means of finite element analysis (FEA) which applies the pressure distribution on the blade surface calculated by computational fluid dynamics (CFD) as a major boundary condition. Such an approach can be seen as a one-way coupled simulation of the fluid structure interaction (FSI) problem. In this analysis the reverse influence of the deformation on the fluid is generally neglected. Especially in axial machines the blade deformation can result in a significant impact on the turbine performance. The present paper analyzes this influence by means of fully two-way coupled FSI simulations of a propeller turbine utilizing two different approaches. The configuration has been simulated by coupling the two commercial solvers ANSYS CFX for the fluid mechanical simulation with ANSYS Classic for the structure mechanical simulation. A detailed comparison of the results for various blade stiffness by means of changing Young's Modulus are presented. The influence of the blade deformation on the runner discharge and performance will be discussed and shows for the configuration investigated no significant influence under normal structural conditions. This study also highlights that a two-way coupled fluid structure interaction simulation of a real engineering configuration is still a challenging task for today's commercially available simulation tools.

#CFD #FEA #fluid structure interaction #propeller turbine #Two-way coupling #FSI #gap vortex

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