Methodenentwicklung zur numerischen Strömungsanalyse von Schaufelwasserrädern

in PAMM (2013)

Es wird ein Berechnungsmodell vorgestellt, mit dem eine numerischen Analyse der Strömungsvorgänge innerhalb von Schau- felwasserrädern möglich ist. Der Arbeitsschwerpunkt liegt dabei auf der ... [more ▼]

Es wird ein Berechnungsmodell vorgestellt, mit dem eine numerischen Analyse der Strömungsvorgänge innerhalb von Schau- felwasserrädern möglich ist. Der Arbeitsschwerpunkt liegt dabei auf der strömungsmechanischen Optimierung von Hochleis- tungswasserrädern der Weiterentwickelten Wasserradtechnologie. In dem Berechnungsmodell werden die inkompressiblen Navier-Stokes-Gleichungen in den unabhängigen Variablen Geschwindigkeiten und Druck mit Hilfe der zeit-diskontinuierlichen Raum-Zeit-Finite-Elemente-Methode diskretisiert und die auftretende Gebietsveränderung infolge der sich drehenden Struk- tur mit der Shear-Slip Mesh Update Methode als diskontinuierlichem Netzbewegungsverfahren erfasst. [less ▲]

Model order reduction of the aeroelastic response of a wind turbine rotor blade

Scientific Conference (2011)

The dynamic response of a wind turbine is mainly governed by the a􏰁ecting 􏰃ow forces of the wind. Concerning life expectancy, the vibration sensitivity of the rotor blades is of particular importance ... [more ▼]

The dynamic response of a wind turbine is mainly governed by the a􏰁ecting 􏰃ow forces of the wind. Concerning life expectancy, the vibration sensitivity of the rotor blades is of particular importance. In this contribution the dynamics of a rotating blade is described including the deformation-dependant aerodynamic forces [1]. Then, a reduced-order model for the coupled system of structure and 􏰃uid 􏰃ow is derived, which is more e􏰄cient concerning the calculation through the use of less degrees of freedom, but maintains the stability characteristics of the non-reduced-order model. A single rotor blade is described as a straight Bernoulli beam with a variable non-symmetric sectional pro􏰂le. The coordinate system refers to the current position of the blade. Besides the structural sti􏰁ness, mass inertia and aerodynamic loading according to potential 􏰃ow theory are included. The aerodynamic loading is linearised following the Scanlan model described in [2]. The linear equation of motion is formulated by means of the principle of virtual deformation assuming a constant rotational speed [3]. The quality of the model order reduction approach strongly depends on the chosen reduced basis. In this approach the basis is built by an appropriate selection of eigenmodes, which are dependent on the aerodynamic loading and parametrized on the rotational speed of the blade. The contribution discusses available methods [4] of creating reduced bases eligible to correctly represent the 􏰃utter characteristics in a spectrum of operating speeds. [less ▲]

Finite element methods for strongly-coupled systems of fluid-structure interaction with application to granular flow in silos

in PAMM (2010), 10(1), 381--382

A monolithic approach to fluid-structure interactions based on the space-time finite element method is presented to investigate stress states in silos filled with granular material during discharge. The ... [more ▼]

A monolithic approach to fluid-structure interactions based on the space-time finite element method is presented to investigate stress states in silos filled with granular material during discharge. The thin-walled silo-shell is discretized by continuum based, mixed-hybrid finite elements, whereas the flowing granular material is described by an enhanced viscoplastic non-Newtonian fluid model. To adapt the mesh nodes of the fluid domain to the structural deformations, a mesh-moving scheme using a pseudo-solid is applied. The level-set-method involving XFEM is used, including a 4D split algorithm for the space-time finite elements, in order to describe free surfaces. The method is applied to 3D silo discharges. (© 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim) [less ▲]

Simulation der aktiven Schwingungskontrolle von Fluid-Struktur Wechselwirkung durch piezoelektrische Materialien

in PAMM (2008), 8(1), 10529--10530

Ein numerisches Modell zur aktiven Kontrolle des dynamischen Verhaltens von Tragwerken unter transienter Windeinwirkung wird vorgestellt. Auf der Oberschicht passiver Tragstrukturen werden ... [more ▼]

Ein numerisches Modell zur aktiven Kontrolle des dynamischen Verhaltens von Tragwerken unter transienter Windeinwirkung wird vorgestellt. Auf der Oberschicht passiver Tragstrukturen werden piezoelektrische Sensoren und Aktoren appliziert. Die resultierenden adaptierbaren Strukturen sind mit einem Regler gekoppelt. Die Modellierung der elektroelastischen Struktur erfolgt mit der geometrisch nichtlinearen Elastizitätstheorie und der Maxwell–Faraday–Theorie der Elektrostatik. Die Windumströmung der Struktur ist als inkompressibles, Newton'sches Fluid mit den Navier–Stokes–Gleichungen beschrieben. Die Diskretisierung der gekoppelten Modellgleichungen beider Kontinua erfolgt mit finiten Raum–Zeit–Elementen. Zeitliche Änderungen der Zustandsgrößen werden mit dem diskontinuierlichen Galerkin–Verfahren approximiert. (© 2008 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim) [less ▲]