Contribution à l'amélioration des performances aérodynamiques d'une éolienne Savonius à l'aide d'un déflecteur axisymétrique

Contribution to the improvement of the aerodynamic performance of a Savonius wind turbine using an axisymmetric deflector

• Auteur / Autrice : Hady Aboujaoude
• Direction : Fabien Bogard, Guillaume Polidori
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : SI - Sciences de l'Ingénieur
• Date : Inscription en doctorat le 01/01/2019
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Numérique et de lu2019Ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Thermique, Mécanique, Matériaux

Mots clés

Mots clés libres

Axe vertical

Cfd

Modélisation

Mécanique des fluides

Optimisation

Savonius

Vawt

Cfd

Modelling

Fluid mechanics

Optimization

Savonius

Résumé

Les éoliennes à axe vertical ont été conçues pour s'adapter aux contraintes engendrées par les turbulences du milieu urbain. Grâce à leur forme, elles peuvent fonctionner avec des vents provenant de toutes les directions et sont donc moins soumises aux perturbations que les éoliennes à axe horizontal. En raison de leur petite taille et de leurs conception, l'énergie produite reste faible, elles trouvent donc leur place en milieu urbain pour les particuliers. Le rendement est le principal verrou à débloquer pour que ce marché puisse se développer réellement. L'objectif de ce travail est ainsi de faire le point sur les technologies à mettre en œuvre pour envisager la conception d'un nouveau type d'éolienne urbaine en fonction des caractéristiques propres au milieu urbain avec une ambition écologique et d'écoconception. L'idée est de définir les bases d'une étude plus importante dans le domaine de l'éolien urbain permettant de concevoir un nouveau type d'éolienne (à base de composite bio-sourcé) performante en terme de rendu énergétique tout en étant adaptée au caractéristiques du milieu urbain. Malgré une littérature abondante sur l'efficacité énergétiques des pales, des formes d'éoliennes (Savonius, Darrieus, voile tournante, turbo-éolienne, vortex Bladeless …), l'étude d'une conception particulière destiné aux éoliennes à axe verticale pour une utilisation urbaine est moins courante. Une démarche numérique de calcul, d'optimisation structurelle, d'optimisation aérodynamique et de design est à mettre en place pour augmenter le rendement de ces éoliennes destinées aux entreprises ou aux particuliers. De même une étude poussée sur la partie génératrice doit être menée pour tirer parti au maximum du fonctionnement spécifique des éoliennes urbaines. Cette démarche doit être concomitante à l'étude, très spécifique, des vents turbulents en milieu urbain où la rugosité du terrain fait toute la différence pour l'optimisation d'une éolienne.

Vertical axis wind turbines have been designed to adapt to the constraints created by turbulence in the urban environment. Due to their shape, they can operate with winds from all directions and are therefore less subject to disturbance than horizontal-axis wind turbines. Because of their small size and their design, the energy produced remains low, so they find their place in urban areas for individuals. The efficiency is the main constraint to reconcile so that this market can really develop. The objective of this work is to take state of art of the existing technologies to consider the design of a new type of urban wind turbine based on the characteristics of the urban environment with an ecological and ecodesign ambition. The idea is to define the bases of a larger study in the field of urban wind to design a new type of performant wind turbine (based on bio-sourced composite) in terms of energy efficiency while being adapted the characteristics of the urban environment. Despite an abundant literature on the energy efficiency of blades, forms of wind turbines (Savonius, Darrieus, rotating sail, turbo-wind, Bladeless vortex ...), the study of a particular design for vertical axis wind turbines for a Urban use is less common. A numerical approach of calculation, structural optimization, aerodynamic optimization, and design is to be studied to increase the efficiency of these wind turbines dedicated for individuals. Likewise, a thorough study of the generator must be conducted to enhance the operation of urban wind turbines. This approach must be concomitant with the specific study of turbulent winds in urban areas where the roughness of the terrain makes all the difference for the optimization of a wind turbine.