محاكاة الإجهاد والتآكل في توربينات بحيرات المد والجزر

بدأت توربينة بحيرة مد وجزر تفقد كفاءتها بعد أسابيع من تركيبها، وهي ظاهرة لم يتوقعها المهندسون. أشار التحليل الأولي إلى تآكل ناتج عن التجويف، لكن الفحوصات كشفت حقيقة أكثر تعقيدًا: التآكل الناتج عن الرواسب ذات الصلابة الأعلى بكثير من المقدرة في دراسات الجدوى. تثبت هذه الحالة أن إجهاد المواد في البيئات البحرية لا يعتمد فقط على الأحمال الدورية، بل أيضًا على التأثير التآكلي للجسيمات الصلبة.

التدفق متعدد الأطوار والتشوه السطحي في SolidWorks و Ansys Fluent 🌊

لإعادة إنتاج الظاهرة، قام فريق المحاكاة بنمذجة هندسة الدوار في SolidWorks، واستيراد الشبكة إلى Ansys Fluent. تم تكوين نموذج متعدد الأطوار أويلري-لاغرانجي لتتبع مسارات جسيمات السيليكا والكوارتز بسرعات تأثير عالية. أظهرت النتائج مناطق تراكم الرواسب على حافة الهجوم للريش، وهي المناطق التي تزامنت مع مناطق فقدان المواد التي تم اكتشافها لاحقًا. باستخدام GOM Inspect، تم إجراء مسح ثلاثي الأبعاد للتوربينة التالفة وتم تراكب سحابة النقاط على نموذج CAD الأصلي. أكد الانحراف الهندسي المتوسط البالغ 2.3 مم على سطح الريشة أن معدل التآكل كان حرجًا، مما قلل من معامل الرفع بنسبة 12٪ وفقًا لمحاكاة الإجهاد اللاحقة.

دروس لتصميم الطلاءات المقاومة للتآكل ⚙️

لا تخدم محاكاة إجهاد المواد فقط للتنبؤ بالفشل، بل لإعادة تصميم استراتيجيات الحماية. في هذه الحالة، سمح تحليل الطاقة الحركية للجسيمات في Ansys Fluent بتحديد أن الطلاءات من كربيد التنجستن بسمك 500 ميكرون في مناطق التأثير الأكبر يمكن أن تمدد العمر الافتراضي للتوربينة بنسبة 300٪. تجاهل التآكل الناتج عن الرواسب في مرحلة التصميم هو خطأ يكلف الملايين في الصيانة غير المخطط لها. دمج أدوات مثل SolidWorks و Fluent و GOM Inspect يحول الإجهاد إلى بيانات قابلة للقياس، وبالتالي يمكن التحكم فيها.

ما هي منهجية المحاكاة بالعناصر المحدودة التي تسمح بالتنبؤ بالتفاعل بين الإجهاد الدوري والتآكل الناتج عن الرواسب في ريش توربينة بحيرة مد وجزر لتوقع فقدان الكفاءة في الأسابيع الأولى من التشغيل.

(ملاحظة: إجهاد المواد يشبه إجهادك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)