Etude numérique de comportement d'un écoulement de l'eau autour d'une hydrolienne

Abstract

L'application de la dynamique des fluides numérique (CFD) aux problématiques énergétiques a connu un essor significatif au cours des dernières décennies, particulièrement dans les processus de conversion des énergies renouvelables et conventionnelles. Ces dernières années, son déploiement pour l'étude des turbines hydrauliques, marines, marémotrices et hydrocinétiques s'est focalisé sur la caractérisation des écoulements turbulents complexes et l'amélioration des prédictions de performance. La simulation des turbines à axe vertical (VAT) destinées aux applications hydrocinétiques présente des défis computationnels substantiels, liés notamment aux interactions fluide-structure et aux phénomènes transitoires. L'objectif central de ce travail est d'évaluer systématiquement l'effet de la vitesse d'attaque sur les performances aérodynamiques d'une hydrolienne à trois aubes. Pour ce faire, un modèle bidimensionnel utilisant la méthode des éléments finis a été mis en œuvre pour résoudre les équations gouvernantes et analyser le comportement de l'écoulement aqueux autour du rotor. Deux régimes distincts ont été considérés, un écoulement uniforme et un écoulement angulaire (incidence variable avec composante tangentielle, α = 10°). Les résultats numériques obtenus lesquelles concernent exclusivement des configurations à aube unique ont été comparés aux données de validation expérimentales et numériques disponibles dans la littérature dans les mêmes conditions, Cette comparaison permet d'évaluer la validité de l'approche méthodologique développée et de quantifier l'influence du passage d'une aube isolée vers une configuration tripale. Grâce à cette dernière étude, il a été constaté que l’introduction de deux pales supplémentaires dans la configuration tripale modifie significativement la distribution des champs de pression et de vitesse autour du rotor.