Analisi interazione fluido-struttura di una condotta forzata

Settembre 2023
Analisi FSI (fluid-structure interaction, che combina CFD e FEM) della condotta principale e della linea di by-pass di una centrale idroelettrica
Analisi FEM, Progettazione integrata, Progettazione meccanica 3D, Simulazione numerica CFD

La richiesta

Il cliente, importante azienda del settore power generation, ci ha incaricato di eseguire la verifica fluidodinamica e strutturale della linea di by-pass di un impianto idroelettrico.

I principali obiettivi richiesti:

  • verificare che l’inserimento di diaframmi calibrati nella linea di by-pass, consentisse alla valvola a fuso di monte di lavorare nel range di pressioni richiesto;
  • determinare la velocità di scarico del flusso d’acqua, che non doveva essere eccessiva per il canale di restituzione, ma compatibile con le dimensioni e la posizione del canale stesso
  • verificare che non si generassero moti ondosi oltre i livelli critici
  • definire pressione e forza risultante sul muro rinforzato del canale di restituzione posto frontalmente all’uscita del diffusore, verificando che non fossero eccessivi
  • valutare il livello di stress sulla condotta di by-pass ed in particolare sui diaframmi, assicurando un’adeguata robustezza strutturale

Il tutto da svolgere in tempistiche molto ristrette, al fine di far tornare al più presto operativa la centrale.

Il progetto

La primissima fase del progetto ha coinvolto il nostro gruppo di progettisti meccanici, che una volta ricevuti dal cliente i disegni 2D dell’impianto, ha provveduto a realizzare un modello 3D del sistema costituito da canale di restituzione, stramazzo e linea di bypass, comprensiva dei diaframmi ipotizzati dal cliente.

A questo punto è intervenuto il nostro team di simulazione, che con questo modello 3D ha quindi eseguito una prima verifica della configurazione ipotizzata dal cliente: i nostri analisti CFD hanno determinato la distribuzione di pressione e di velocità del flusso d’acqua all’interno di tutta la condotta, oltre che il profilo d’onda nel canale di restituzione.

Grazie ai risultati ottenuti con l’analisi CFD, il nostro gruppo di analisi FEM ha dunque potuto indagare i livelli di sollecitazione e deformazione nella struttura, andando così a verificare i pericoli per la resistenza strutturale: i diaframmi, così come ipotizzati inizialmente, sono risultati sottodimensionati dal punto di vista strutturale.
Abbiamo quindi provveduto a progettarne una versione rinforzata, che garantisse di non alterare le condizioni idrauliche richieste, ma che al tempo stesso fosse in grado di sopportare le sollecitazioni generate dal flusso d’acqua.

Nel rispetto delle tempistiche brevi desiderate, abbiamo così verificato che tutte le richieste del cliente fossero soddisfatte, andando a risolvere le criticità riscontrate, così da garantire un progetto completo e soddisfacente sotto ogni aspetto!