Soutenance mémoire
LA MÉCANIQUE DES FLUIDES NUMÉRIQUE
OBJECTIFS
L’objectif global du projet est la conception, la mise en œuvre et l’évaluation de l’anémométrie à la nacelle pour une turbine éolienne. L’objectif principal est le développement d’outils permettant la prédiction avec plus de fiabilité de la vitesse de vent face au rotor en fonction des lectures effectuées sur l’anémomètre de la nacelle. La réalisation de cet objectif passe par la modélisation de l’écoulement de l’air à travers les pales d’une éolienne. Ainsi, on disposera d’un outil intéressant pour répondre à la demande du marché et optimiser le fonctionnement et la durée de vie de l’éolienne. Les objectifs secondaires sont : 1. L’étude du phénomène de sillage 2. L’élaboration d’un modèle de turbulence adéquat 3. L’intégration de l’effet de la topographie du sol sur l’écoulement 4. L’étude des phénomènes transitoires (mauvais alignement de la nacelle, changements de pitch … ) 5. La construction d’un module de simulation de parc éolien.
MÉTHODOLOGIE
Notre stratégie s’inspire de la méthode proposée par Smaïli & Masson. Dans un premier temps, il s’agira d’étudier le fonctionnement de l’anémométrie à la nacelle et sa problématique. Ensuite, nous allons choisir les hypothèses simplificatrices et les équations nous permettant de traduire l’écoulement de l’air autour du couple rotor-nacelle en un modèle mathématique. Ce modèle mathématique sera discrétisé et converti en un modèle numérique. Le domaine d’étude sera représenté avec le logiciel de maillage ICEM-CFD 12.0.1 et le solveur Fluent 12.0 sera utilisé pour les simulations numériques. Ces logiciels permettront d’observer la distribution des vitesses du vent pour une vitesse d’entrée donnée et une vitesse de rotation des pales fixe. L’étape finale sera la comparaison des résultats obtenus à l’aide de ces modèles avec des mesures expérimentales effectuées dans les mêmes conditions que les conditions de simulations, ceci à des fins de validation ou d’amélioration de notre modèle. Afin de rendre notre modèle plus réaliste nous considérerons le gradient de la vitesse du vent selon l’axe vertical. En effet pour de grandes éoliennes, les différences de vitesses selon l’axe vertical sont très importantes et induisent des erreurs significatives dans les simulations
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Table des matières
REMERCIEMENTS
RÉSUMÉ
ABSTRACT
TABLE DES MATIÈRES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
LISTE DES ABRÉVIATIONS, DES SIGLES ET DES ACRONYMES XVIII
CHAPITRE 1 INTRODUCTION GENERALE 1
1.1 CONTEXTE DU PROJET 1
1.2 PROBLÉMATIQUE 2
1.3 OBJECTIFS 4
1.4 MÉTHODOLOGIE
1.5 ÉTAT DE L’AR
1.5.1 LA MÉCANIQUE DES FLUIDES NUMÉRIQUE : CFD (COMPUTATIONAL FLUID
DYNAMICS)
1.5.1.1 Qu’EST-CE-QUE LA CFD
1.5.1.2 COMMENT LA CFD FAIT-ELLE LES PRÉDICTIONS?
1.5.1.3 AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS
1.5.2 LA NORME IEC 61400-
1.5.2.1 PRÉSENTATION
1.5.2.2 LES NORMES DE RÉFÉRENCE
1.5.2.3 LE PRINCIPE DE LA NORME
1.5.3 LA CALIBRATION DE L’ANÉMOMÈTRE – LA LIMITE DE BETZ
1.5.4 DIMINUTION DE VITESSE DANS LE SILLAGE : MÉTHODE PROPOSÉE PAR
WASP/PARK2
1.5.5 ÉTUDE NUMÉRIQUE BIDIMENSIONNELLE DE L’ANÉMOMÉTRIE À LA NACELLE :
MÉTHODE PROPOSÉE PAR SMAÏLI & MASSON
1.5.6 LA MODÉLISATION TRIDIMENSIONNELLE
CHAPITRE 2 LE MODELE MATHEMATIQUE
2.1 LA THÉORIE DU DISQUE ACTUATEUR
2.2 LA THÉORIE DE L’ÉLÉMENT DE PALE
2.3 LES ÉQUATIONS DU MOUVEMENT DU FLUIDE
2.4 LES ÉQUATIONS DE NAVIER STOKES MOYENNÉES (RANS) POUR UN FLUIDE
INCOMPRE
2.5 LE MODÈLE DE TURBULENCE
2.5.1 LE MODÈLE DE TURBULENCE STANDARD K-E
2.5.2 LE MODÈLE DE TURBULENCE RNG K-E
2.5.3 LE MODÈLE DE TURBULENCE K-& SST (SHEAR STRESS TRANSPORT)
2.6 LA SIMULATION AXISYMÉTRIQUE
2.7 LA DISCRÉTISATION
2.7.1 LA DISCRÉTISATION SPATIALE : QUICK ..
2.7.2 DISCRÉTISATION DELÀ PRESSION : STANDARD
CHAPITRE 3 LE MODELE NUMERIQUE
3.1 CONSTRUCTION ET DISCRÉTISATION DU DOMAINE
3.1.1 LE MAILLAGE
3.1.Ll TYPES DE MAILLAGES.
3.1.1.2 TAILLE DE LA PREMIÈRE MAILLE
3.1.1.3 OPTIMISATION DU MAILLAGE .
3.1.1.3 GÉNÉRATION DU MAILLAGE
3.1.2 CONDITIONS AUX LIMITES ET DÉFINITIONS DE DOMAINES
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