Thèse soutenue

Simulations Numériques des Transitions de Couche Limite sur des Pales en Rotation : Eolienne à Axe Horizontal et Hélice Marine
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Auteur / Autrice : Zhenrong Jing
Direction : Antoine DucoinCaroline Braud
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des Milieux Fluides
Date : Soutenance le 11/12/2020
Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
Jury : Président / Présidente : Jean-Christophe Robinet
Examinateurs / Examinatrices : Antoine Ducoin, Caroline Braud, Jean-Christophe Robinet, Alois Schaffarczyk, Jean-Yves Billard, Mostafa Safdari Shadloo
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Christophe Robinet, Alois Schaffarczyk

Mots clés

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Résumé

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Les couches limites des Eolienne à Axe Horizontal (HAWT) et des hélices marines partagent un point commun avec l'écoulement de von Kármán, qui est créé par un disque rotatif immensé dans un fluide. L'écoulement de von Kármán peut induire une transition par écoulement transverse aussi dite "corss-flow". L'objet de la présente étude est la possibilité d'une transition d'écoulement transversal sur les HAWT et les hélices marines. Cette étude montre que les transitions naturelle de couche limite sur les HAWTs et les hélices marine sont induites par des mécanismes distinctement différents. Le résultat de l'écoulement autour d'un pale de HAWT montre que le profil de la couche limite est très proche d'un profil bidimensionnel. Sur la pale, la vitesse dans le sens de l'envergure est faible lorsque la couche limite est attachée. En conséquence, la transition naturelle est très similaire au profil 2D et est aux ondes de Tollmien – Schlichting (TS). Sur la pale d'hélice marine, l'écoulement de la couche limite est entièrement tridimensionnel (3D) en raison de la rotation. L'instabilité et la transition des "cross-flow" sont clairement observées. La forme des tourbillons est en bon accord avec la prédiction de la théorie de la stabilité linéaire (LST). Bien qu'il ait été longtemps supposé que la "cross-flow" transition devrait être importante sur les hélices, il s'agit de la première observation directe de tels phénomènes à notre connaissance. Parce que l'hélice n'a pas de symétrie de rotation infinie, notre résultat suggère que la couche limite sur les hélices marines est instable par convection. Cet aspect est différent par rapport a l'écoulement de von Kármán, qui est inconditionnellement instable.