Etude des phénomènes tourbillonnaires dans le sillage éolien

par Bassem Christophe Maalouf

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Fawaz Massouh.

Soutenue en 2010

à Paris, Arts et Métiers ParisTech .


  • Résumé

    Lors du fonctionnement d'un rotor éolien, chaque pale émet une nappe tourbillonnaire à partir du bord de fuite suivant son envergure et un tourbillon marginal d'extrémité de pale. Ainsi, ces structures tourbillonnaires se développent en aval du rotor et peuvent impacter les éoliennes voisines. Cette thèse présente deux approches expérimentale et numérique pour l'étude de ces structures. L'approche expérimentale a consisté à explorer le sillage d'un rotor tripale dans la soufflerie d'Arts et Métiers ParisTech à l'aide de la technique PIV. Ces explorations ont permis d'obtenir le champ de vitesse dans plusieurs plans azimutaux. Une nouvelle méthode basée sur le calcul de la circulation a été proposée afin de localiser les centres tourbillonnaires dans les plans explorés et de calculer leur intensité. Dans l'approche numérique, une méthode de couplage entre la simulation numérique Navier-Stokes et un modèle tourbillonnaire du sillage est proposée. Elle permet de restreindre le domaine de calcul au voisinage du rotor grâce à la possibilité de définir les conditions aux limites par le modèle tourbillonnaire. Une étude de sensibilité a permis de déterminer le nombre de pas nécessaire dans le modèle tourbillonnaire pour atteindre la précision souhaitée. Ainsi, la possibilité offerte par cette méthode de restreindre le domaine de calcul permet de construire un maillage plus fin autour des profils et de consacrer toute la capacité de calcul disponible pour révéler la genèse du sillage avec une haute résolution. Ce modèle couplé permet aussi d'étudier l'impact des caractéristiques de pale sur la formation du sillage et d'améliorer la conception et l'optimisation des rotors éoliens.

  • Titre traduit

    Blow-by gases simulation and modelisation in an automotive oil separator


  • Résumé

    During operation, each blade of a wind turbine emits a vortex sheet from the trailing edge along its span and a tip vortex from its extremity. Thus, these vortex structures evolve behind the rotor and can impact wind turbines located downstream. This thesis presents an experimental and a numerical approach to study these structures. In the experimental approach, the wake of a three-bladed rotor is explored in the wind tunnel of Arts et Métiers ParisTech using PIV technique. These explorations have yielded the velocity field in several planes of azimuth. A new method based on the calculation of circulation has been proposed to locate vortex centers in the explored plans and to calculate their intensity. In the numerical approach, a method for coupling Navier-Stokes simulation with a vortex wake model is proposed. The coupled model allows restricting the computational domain in the vicinity of the rotor with the possibility of defining the boundary conditions by the vortex model. A sensitivity analysis was performed in order to determine the number of steps required in the vortex model to achieve the desired accuracy. Thus, the possibility of restricting the computational domain offered by this method allows to build a finer mesh around the profiles and to put all the available computing capacity to reveal the genesis of the wake at high resolution. This coupled model also allows to study the effect of blade characteristics on the formation of the wake and to improve the design and optimization of wind rotors.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (IV-138 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.129-138

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Arts et Métiers ParisTech. Centre d'enseignement et de recherche. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.