Solving Incompressible Navier-Stokes Equations on Octree grids : towards Application to Wind Turbine Blade Modelling

par Claire Taymans

Thèse de doctorat en Mathématiques appliquées et calcul scientifique

Sous la direction de Angelo Iollo et de Michel Bergmann.

Soutenue le 28-09-2018

à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale de mathématiques et informatique (Talence, Gironde) , en partenariat avec Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Centre de recherche Bordeaux - Sud-Ouest (laboratoire) et de Équipe Calcul scientifique et Modélisation (laboratoire) .

Le président du jury était Charles-Henri Bruneau.

Le jury était composé de Charles-Henri Bruneau, Eric Lamballais, Kai, Bernd Schneider, Haysam Telib.

Les rapporteurs étaient Eric Lamballais, Kai, Bernd Schneider.

  • Titre traduit

    Résolution des équations de Navier-Stokes sur maillage octree : vers une application à la modélisation d'une pale d'éolienne


  • Résumé

    Le sujet de la thèse est le développement d'un outil numérique qui permet de modéliser l'écoulement autour des pales d'éoliennes. Nous nous sommes intéressés à la résolution des équations de Navier-Stokes en incompressible sur des maillages de type octree où les échelles plus petites en proche parois ont été modélisées par la méthode dite des wall functions. Un procédé d'adaptation automatique du maillage (AMR) a été développé pour affiner le maillage dans les zones où la vorticité est plus importante. Le modèle de structure d'une pale d'éolienne a été également implémenté et couplé avec le modèle fluide car une application de l'outil numérique est l'étude des effets des rafales de vent sur les pales d'éolienne. Un travail expérimental a été mené sur une éolienne avec une mesure de vent en amont. Ces données permettent ainsi de calibrer et valider les modèles numériques développés dans la thèse.


  • Résumé

    The subject of the thesis is the development of a numerical tool that allows to model the flow around wind blades. We are interested in the solving of incompressible Navier-Stokes equations on octree grids, where the smallest scales close to the wall have been modelled by the use of the so-called Wall Functions. An automatic Adaptive Mesh Refinement (AMR) process has been developed in order to refine the mesh in the areas where the vorticity is higher. The structural model of a real wind blade has also been implemented and coupled with the fluid model. Indeed, an application of the numerical tool is the study of the effects of wind gusts on blades. An experimental work has been conducted with an in-service wind turbine with the measurement of wind speed upstream. This data will allow to calibrate and validate the numerical models developed in the thesis.


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