Simulation numérique pour le secteur de l’hydraulique

OptiFluides présente une expertise reconnue dans le secteur de l’hydraulique. Partenaire privilégié de la CNR ou d’EDF, nous avons su développer au fil des années un savoir-faire tant en simulation numérique qu’en mesures expérimentales.

Etude dans le domaine de l’hydraulique

L’hydraulique en tant que domaine de la physique intervient dans une myriade d’applications industrielles, parfois couplé à d’autres phénomènes (thermohydraulique, hydroacoustique, mélange et transport d’espèces…). La CFD, discipline très récente relativement à l’histoire de l’hydraulique, représente un complément majeur pour l’étude d’un grand nombre de problématiques :

• Pour réaliser le lien entre campagne d’essais sur maquette, campagne de mesures sur site et analyse prédictive du comportement de l’ouvrage.
• Mais aussi pour se substituer aux campagnes d’essais parfois onéreuses, pour visualiser un écoulement dans un équipement industrielle, analyser une répartition de débits, de vitesses de fluide…

Parmi nos compétences, le développement ou la mise en œuvre directe de modèles multiphasiques pour l’étude des écoulements à surface libre est l’une des plus récurrentes, et a même fait l’objet de publications scientifiques récentes.

Modélisation CFD en hydroélectricité

Les écoulements de fluides sont au cœur du principe de production d’électricité par l’énergie hydraulique : écoulement de l’eau dans les turbomachines, dans le canal amont, la prise d’eau et en sortie dans l’aspirateur, circuits de réfrigération des équipements, lubrification des turbomachines… Les simulations CFD permettent ainsi de répondre à de nombreuses problématiques techniques du secteur de l’hydroélectricité.

Le principe de la modélisation CFD repose sur la modélisation du système ou produit à étudier, ensuite discrétisé en volumes élémentaires (étape de maillage). Sur ce maillage, un solveur permet la résolution numérique des équations de Navier-Stokes, permettant de calculer la pression et vitesse en tout point du domaine. D’autres modèles complémentaires permettront de prendre en compte la turbulence, les phases liquide/gaz pouvant coexister, la thermique…

La réalisation d’études techniques CFD peut notamment permettre aux exploitants d’ouvrages hydroélectriques :

• De quantifier l’impact d’une modification du génie civil, d’une vanne, d’un seuil sur l’écoulement, le débit du déversoir en cas de scénarios de crues, sur les niveaux amont et aval, ou encore sur le régime d’écoulement, en phase statique ou dynamique.
• De connaître les efforts hydrodynamiques sur les différents équipements (vannes, volets, seuils…), et donc de valider la sûreté et la durabilité de l’ouvrage
• De quantifier le biais d’un outil de mesure, de débit ou de vitesse, par exemple, introduit par un obstacle ou par une contrainte de positionnement de l’outil,
• De valider le dimensionnement d’un circuit de réfrigération, d’étudier différentes solutions de conception intégrant les contraintes spécifiques du site,
• D’étudier la lubrification des différentes machines tournantes, et les solutions de refroidissement pour le lubrifiant, de mettre en évidence des risques d’usure accrus pour l’exploitation
• D’optimiser de manière générale le rendement et le fonctionnement de l’ouvrage.

Nos réalisations pour le secteur de l’hydraulique

Nos réalisations comprennent par exemple :

• La modélisation d’usines de traitement des eaux : procédés de clarifloculation, de décantation, aide à l’implantation d’instrumentation (autosurveillance), dimensionnement de déversoir d’orage, équirépartition des réseaux, chambre de pompage
• La modélisation d’ouvrages hydroélectriques : détermination des lois de débitance de barrages vannés, calcul d’efforts hydrodynamiques sur la structure, courantologie, optimisation du rendement des installations, propagation d’ondes sismiques
• La modélisation et dimensionnement d’écluses (dont les écluses du canal de Panama), étude de tenue en fatigue vibratoire, calcul des sollicitations d’origine hydraulique.
• La simulation d’organes de régulation de débit à effet vortex, validation de la capacité théorique d’alimentation d’un ouvrage pour des débits de remplissage du bassin lors d’épisodes de fortes pluies, vérification du dimensionnement pour des débits de pointe

Par ailleurs, OptiFluides réalise des prestations de mesure par PIV Laser, PLIF et Ombroscopie. Ces méthodes de mesure couplées à des modèles physiques hydrauliques permettent le recalage de modèles pour extrapoler ensuite les simulations numériques à échelle réelle.

Le retour d’expériences sur des projets d’envergure d’installations hydro-électriques et ouvrages hydrauliques contribue grandement à l’expertise d’OptiFluides dans ce secteur industriel historique.