ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДОННОГО РАЗМЫВА В ОКРЕСТНОСТИ ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОЙ ПРИЛИВНОЙ ТУРБИНЫ
Автор: Софья Павловна Ярикова
Организация: ИСП РАН
Вертикально-осевые приливные турбины рассматриваются как перспективные установки для преобразования энергии морских и речных течений. При размещении таких устройств вблизи донной поверхности существенное значение приобретают процессы локального размыва, способные влиять на условия эксплуатации и устойчивость гидротехнических сооружений.
Численное моделирование донных деформаций в окрестности вращающихся турбин является вычислительно затратной задачей, поскольку требует совместного учета нестационарного течения и изменения формы донной поверхности. В связи с этим представляет интерес применение упрощенных подходов, позволяющих снизить вычислительные затраты при сохранении возможности воспроизведения основных особенностей течения.
В работе выполнено численное исследование локального донного размыва в окрестности вертикально-осевой трехлопастной турбины диаметром 1 м. Для описания воздействия турбины на поток использовался Actuator Line метод, реализованный в открытом программном комплексе OpenFOAM. Расчет донных деформаций выполнялся с использованием решателя scourFoam, учитывающего основные механизмы переноса наносов.
Показано, что размещение турбины вблизи донной поверхности приводит к формированию ускоренного потока в зазоре между турбиной и дном, увеличению придонных касательных напряжений и развитию локальной эрозии. Во всех рассмотренных случаях формируется характерная структура донных деформаций, включающая локальную размывную воронку вблизи турбины и область намыва ниже по потоку (рис. 1а). Полученные профили деформированной поверхности дна показывают, что форма лопастей оказывает заметное влияние на глубину размыва и распределение наносов в продольном и поперечном направлениях (рис. 1б, в).
