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

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

• Auteur / Autrice : Claire Taymans
• Direction : Angelo Iollo, Michel Bergmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées et calcul scientifique
• Date : Soutenance le 28/09/2018
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Memphis
• Jury : Président / Présidente : Charles-Henri Bruneau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Angelo Iollo, Michel Bergmann, Charles-Henri Bruneau, Éric Lamballais, Kai, Bernd Schneider, Haysam Telib
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Lamballais, Kai, Bernd Schneider

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éoliennes

Modèles mathématiques

Turbulence

Mots clés libres

Écoulements incompressibles

Maillage octree

Frontière immergée

Intéractions fluide-structure

Éolienne

Incompressible flows

Octree grid

Immersed boundary

Fluid-Structure Interaction

Wind Turbine

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.

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.