Modélisation des hydroliennes à axe vertical libres ou carénées : développement d'un moyen expérimental et d'un moyen numérique pour l'étude de la cavitation

par Vivien Aumelas

Thèse de doctorat en Mécanique, génie mécanique

Sous la direction de Christian Pellone et de Thierry Maître.

Soutenue le 27-09-2011

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels (équipe de recherche) .

Le président du jury était Jean-Yves Billard.

Le jury était composé de Christian Pellone, Thierry Maître, Jean-luc Harion, Emmanuel Denarie, Christian Clergue.

Les rapporteurs étaient Olivier Coutier-delgosha, Mohamed Farhat, Satnam Singh.


  • Résumé

    Cette thèse s'inscrit dans le cadre des énergies renouvelables au sein du programme HARVEST centré sur le développement d'un concept d'hydrolienne dérivé des turbines Darrieus et Gorlov. L'ajout d'un dispositif appelé carénage à la turbine permet à celle-ci d'extraire une portion de l'énergie cinétique du courant plus grande. Toutefois ce dernier peut favoriser la cavitation qui nuit à la turbine. Parmi les différents axes du programme, les travaux de thèse se situent dans cette problématique. En régime subcavitant et cavitant, l'analyse de l'hydrolienne a été menée suivant une approche numérique et expérimentale. Pour ce faire deux outils ont été mis en place. Du coté expérimental, le tunnel hydrodynamique du LEGI a été équipé d'une balance qui donne la mesure instantanée des forces et du couple qui s'exercent sur la turbine. Du coté numérique, les efforts ont été orientés sur l'amélioration et le développement du code de calcul universitaire, CAVKA. L'utilisation intensive de ces deux moyens, couplée à des modèles théoriques, a permis de mettre en évidence d'une part le fonctionnement de la turbine libre ou carénée et, d'autre part, les limites de fonctionnement vis-à-vis de la cavitation.

  • Titre traduit

    Bare and Shrouded vertical axis water turbine modelling : development of an experimental device and a numerical facility for the study of cavitation


  • Résumé

    The general context of the present thesis is renewable energies within the HARVEST project, which consists in a water current turbine (WCT) development, inspired from the Darrieus and Gorlov geometries. The main advantage of the HARVEST WCT is the introduction of a channelling device, which allows extracting a bigger amount of the kinetic energy contained in the flowstream. However, the shrouding device can eventually increase cavitating risks, which generally damage the WCT itself and its performance. The main topic of this work is cavitation. The hydrodynamic behavior of the WCT is analyzed both numerically and experimentally, in non cavitating and cavitating conditions. For this analysis, two devices have been developed. On the one hand, the LEGI hydrodynamic channel is equipped with a measurement platform which provides the instantaneous and average measurements of two dimensional thrusts as well as the hydrodynamic torque. On the other hand, in the numerical domain, the work has been oriented to the improvement and the development of a CFD code, named Cavka. The intensive utilisation of these two devices, coupled to theoretical models, allow highlighting the functioning of the bare and shrouded WCTs and their limits in cavitating conditions.


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