Simulation des écoulements à surface libre dans les turbines Pelton par une méthode hybride SPH-ALE

International audienceAn Arbitrary Lagrange Euler (ALE) description of fluid flows is used together with the meshless numerical method Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) to simulate free surface flows. The ALE description leads to an hybrid method that can be closely connected to the finite volume approach. It is then possible to adapt some common techniques like upwind schemes and preconditioning to remedy some of the well known drawbacks of SPH like stability and accuracy. An efficient boundary treatment based on a proper upwinding of fluid information at the boundary surface is settled. The resulting SPH-ALE numerical method is applied to simulate free surface flows encountered in Pelton turbines.La méthode numérique sans maillage Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) est modifiée par l'adoption d'une description Arbitrary Lagrange Euler (ALE) des écoulements fluides, dans le but de simuler des écoulements à surface libre. Le formalisme ALE conduit à une méthode numérique hybride s'apparentant sur de nombreux points à une approche volumes finis. Il est alors possible d'adapter des techniques numériques courantes comme les schémas décentrés et le préconditionnement pour résoudre certains défauts majeurs de la méthode SPH, comme la stabilité numérique ou le manque de précision. Par ailleurs, le traitement des conditions limites est réalisé par un décentrement approprié des informations fluides sur les surfaces frontières. La méthode numérique SPH-ALE résultante est appliquée à la simulation d'écoulements à surface libre tels que ceux rencontrés dans les turbines Pelton

Experimental and numerical analysis or free surface flows in a rotating bucket

The aim of this study was to provide a complete experimental and numerical analysis of the flow in a rotating Pelton bucket. For the experimental analysis, several functioning points have been used in order to study differences which may occur in various situations. This analysis will be mainly provided by the pressure distribution in the bucket and will be supported by flow visualisations. Thanks to these results, five distinct zones within the bucket have been isolated each corresponding to different signal characteristics. The numerical simulation has been performed using the two-phase homogeneous method in an original way by considering the relative path of the jet and the relative velocity changing with the rotation of the wheel. These simulations were performed for the same experimental functioning points. RÉSUMÉ Le but de cette étude est d'effectuer une analyse expérimentale et numérique complète de l'écoulement dans les augets de turbines Pelton. Pour l'analyse expérimentale, plusieurs points de fonctionnement ont été testés afin d'observer les différences qui peuvent apparaîtrent dans diverses situations. Cette analyse sera effectuée sur la distribution de pression dans l'auget et sera appuyée par des visualisations d'écoulements. Grâce à ces résultats, cinq zones distinctes dans l'auget ont pu être isolées, chacune correspondant à une caractéristique d'un signal différent. La simulation numérique a été effectuée en utilisant la méthode diphasique homogène de façon originale en considérant le cheminement relatif du jet et la vitesse relative variant avec la rotation de la roue. Ces simulations ont été effectuées pour le même point de fonctionnement que les mesures