Analyse physique et modélisation d'écoulements instationnaires turbulents autour de profils oscillants et d'éoliennes

par Guillaume Martinat

Thèse de doctorat en Dynamique des fluides

Sous la direction de Marianna Braza et de Gilles Harran.

Soutenue en 2007

à Toulouse, INPT .

mots clés

• Macrosimulation OES
• Simulation hybride DES
• Profil d'aile (éolienne)
• Décrochage dynamique
• Éoliennes
• Turbulence
• Écoulement instationnaire (dynamique des fluides)

Résumé

En vue d'applications aux turbines éoliennes, cette thèse vise à améliorer la prédiction des écoulements turbulents instationnaires autour de corps en rotation, par résolution des équations de Navier-Stokes directes et moyennées. L'analyse du décollement sur un cylindre tournant a été effectuée par la simulation 2D, pour des nombres de Reynolds modérés. Les nombres critiques d'apparition de deux instabilités globales ont été quantifiés. La modélisation de la turbulence instationnaire à nombre de Reynolds élevé a été abordée par approches statistiques et hybride puis validée pour une configuration de référence, le corps d'Ahmed. Ces méthodes de modélisation ont permis de prédire le décrochage dynamique autour de pales (2D, 3D) et les charges instationnaires prépondérantes dans le couplae énergétique entre le fluide et la structure. En conclusion, on analyse l'apport des approches de modélisation avancées quant à leurs capacités prédictives pour les écoulements précités.

Titre traduit

Physical analysis and prediction of turbulent flows around oscillating aerodynamic configurations. Applications in wind-engine devices

Résumé

The aim of this thesis is to improve turbulent unsteady separated flows around rotating geometries. For that reason, the flow past a rotating cylinder at moderate Reynolds number is studied. Critical rotating speed for the appearance of two different global instabilities have been quantified. Turbulence modelling of wall bounded flows in the context of statistical and hybrid approaches have been explained an then tested on a reference geometry : the Ahmed car body. The tested approaches were then used to improve the prediction of dynamic stall on a pitching airfoil. As a conclusion, this PhD tesis is analysing the improvement of advanced statistical modelling for forced unsteady separated flows.