Two-Way Fluid–Solid Interaction Analysis for a Horizontal Axis Marine Current Turbine with LES

Abstract

Operating in the harsh marine environment, fluctuating loads due to the surrounding turbulence are important for fatigue analysis of marine current turbines (MCTs). The large eddy simulation (LES) method was implemented to analyze the two-way fluid–solid interaction (FSI) for an MCT. The objective was to afford insights into the hydrodynamics near the rotor and in the wake, the deformation of rotor blades, and the interaction between the solid and fluid field. The numerical fluid simulation results showed good agreement with the experimental data and the influence of the support on the power coefficient and blade vibration. The impact of the blade displacement on the MCT performance was quantitatively analyzed. Besides the root, the highest stress was located near the middle of the blade. The findings can inform the design of MCTs for enhancing robustness and survivability.

Model and Simulation of a Floating Hybrid Wind and Current Turbines Integrated Generator System, Part II: Hydrodynamics and Acting Forces

“…In [49], a solid-fluid interaction model of a marine turbine was presented, using two turbulent flow modeling strategies: the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) and the Large Eddy Simulation (LES) method. The fluid modeling was performed with ANSYS Fluent [16], and the results were compared with experimental data obtained in [39].…”

Métodos numéricos para el desarrollo de una turbina hidrocinética tipo Gorlov

“…En el estudio A19 conducido por Cu et al [36] se lleva a cabo un análisis FSI cuyo objetivo principal fue proporcionar información hidrodinámica cerca del rotor de una turbina hidrocinética de eje horizontal y de las interacciones entre el fluido y el sólido. Se analizaron también los efectos derivados de las deformaciones del material en el rendimiento de la turbina, en este estudio se hace uso de la teoría del momento del elemento tipo álabe y del modelo de turbulencia LES.…”

“…Como resultados del estudio en cuestión se obtuvo que las oscilaciones y vibraciones del álabe pueden reducir el coeficiente de potencia y el coeficiente de torque en un 2.4% y un 1.6% respectivamente. También se encontró que, de acuerdo con el comportamiento fluidodinámico y los esfuerzos presentes, el máximo esfuerzo de Vonmisses presentado se da en la raíz del álabe y su magnitud es 130 MPa que es menor al límite elástico a la tracción del material [36].…”