Modélisation du comportement mécanique d'une pale d'éolienne à axe horizontal : prise en compte de l'interaction vent-structure sous l'impulsion d'une rafale

• Auteur / Autrice : Ismail Ghazy El-Batanony
• Direction : Bernard Landjerit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interpolation (mathématiques)

Bézier, Surfaces de

Navier-Stokes, Équations de

Résumé

L'etude abordee dans ce memoire concerne le couplage fluide - structure applique au cas d'une eolienne a axe horizontale sous l'effet d'une rafale de vent d'une courte duree. Dans un premier temps, nous presentons des simulations numeriques d'un ecoulement bidimensionnel, incompressible et turbulent autour de pale dont le profil est de type naca 4415 a sections variables. Le maillage de l'ecoulement est structure autour du profil et non-structure loin du profil, tandis que le maillage de la pale est effectue par des elements poutre. Ces investigations concernent les cas stationnaire et instationnaire. Apres avoir valide les resultats aerodynamiques issus d'un code de calcul par comparaison avec des resultats experimentaux disponibles dans la litterature, la programmation d'une technique de parametrisation a permis de predire correctement les coefficients de portance, de trainee et de tangage. Les coefficients sont evalues en fonction de l'angle d'attaque, de la vitesse relative du vent, de la position le long de la pale et du temps. Le code de calcul utilise est appele ns-2d.

La technique de parametrisation est basee sur les surfaces de bezier et sur la resolution des contraintes geometriques par un algorithme de type simplex. L'utilisation d'un maillage approprie a permis, a la fois de calculer correctement la variable adimensionnelle et ensuite de comparer les resultats numeriques avec ceux issus de l'experience ainsi que ceux d'une autre modelisation numerique. Dans un deuxieme temps, nous presentons des simulations numeriques du comportement dynamique d'une pale d'eolienne en tenant compte des effets du changement de l'ecoulement instationnaire et de la modification des parametres de la dynamique du mouvement. Le modele structural est base sur la theorie des poutres tridimensionnelles, en faisant les hypotheses que la section est celle d'un profil naca 4415, et que les sollicitations prises en compte sont celles de traction - compression, cisaillement transverse, flexion, et torsion libre. L'accent est mis sur les aspects dynamiques par un traitement complet de l'equation d'equilibre dynamique, appliquee dans ce cas de pale d'eolienne a axe horizontal.