Thèse soutenue

Construction d'une chaîne d'outils numériques pour la conception aérodynamique de pales d'éoliennes
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Auteur / Autrice : Xin Jin
Direction : Angelo IolloMichel Bergmann
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mathématiques appliquées et calcul scientifique
Date : Soutenance le 19/09/2014
Etablissement(s) : Bordeaux
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Université Bordeaux-I (1971-2013)
Laboratoire : Institut de mathématiques de Bordeaux - Institut national de recherche en informatique et en automatique (France)
Jury : Président / Présidente : Pierre Fabrie
Examinateurs / Examinatrices : Christine De Jouette, Bastien Gaillardon, Serge Gracia
Rapporteurs / Rapporteuses : Kai, Bernd Schneider, Mazen Samir Saad

Résumé

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Ce mémoire présente les travaux réalisés en aérodynamique afin de pouvoir disposer d’une chaîne de conception complète nécessaire au traitement des différentes problématiques sur les pales éoliennes, qui ne peuvent être pris en compte à l’aide d’une méthode unique. Afin de pouvoir faire de l’optimisation de pales en fonction de différents critères, un outil numérique simplifié (VALDAG) a été développé. Le module de simulation utilise la méthode du Disque Actif Généralisé, qui s’appuie sur la résolution des équations Navier-Stokes, complété par des corrections empiriques. Il respecte un compromis entre la précision et le coût de calcul. Cet outil pour lequel une interface web a été développée pour le rendre adapté à des travaux d’ingénierie est susceptible de se calibrer automatiquement sur une nouvelle géométrie de pale grâce à la méthode Nelder-Mead Simplex. On peut ensuite réaliser une optimisation de la performance de la pale en modifiant cette géométrie, et générer les fichiers 3D qui serviront d’entrée à la simulation 3D et de visualisation des optimisations de forme. Ces designs optimisés sont ensuite validés par des simulations DNS à l’aide de l’outil NaSCar 3D développé à l’INRIA. Cet outil résout des équations Navier-Stokes sur un maillage cartésien 3D et prend en compte des obstacles immergés via la fonction Level-Set et la pénalisation. Après des adaptations sur le traitement de la géométrie de pales, un compromis de configuration CFD est trouvé pour simuler un rotor éolien. En conclusion, ce paquet d’outils VALDAG est peu coûteux, facile à utiliser et efficace. En associant VALDAG aux simulations 3D, une chaîne de conception est complétée.