Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels




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Axe 2 - Simulation numérique de la turbulence et de l’interaction fluide structure autour des pales d’éolienne ou d’hydrolienne

Thèse de Thomas Fabbri

Financement : ANR DYNEOL

Collaboration : P. Bénard et V. Moureau (CORIA Rouen)

Afin de pouvoir prévoir au mieux la puissance récupérée par une éolienne ou une hydrolienne, il est nécessaire de simuler l’écoulement proche des pales, qui est hautement turbulent. Voilà pourquoi le but de l’ANR DYNEOL est la meilleur compréhension de ces phénomènes. Il est donc prévu d’étudier l’influence des conditions amonts sur les coefficients aérodynamiques, mais aussi l’impact des déformations des pales sous l’effet de l’écoulement. En effet, dans le cas de pales souples, ces déformations peuvent retarder le décrochage dynamique et donc augmenter la portance des pales. L’ANR prévoit donc une série d’expériences avec des pales rigides mais aussi avec des pales souples. Le rôle du LEGI dans ce projet étant la simulation numérique de ces expériences, des cas d’hydroliennes à quatre pales ont été simulés. D’autre part, il était nécessaire de pouvoir simuler simultanément l’écoulement du fluide et les déformations des pales.

Il a été décidé pour des raisons de performance de développer un solveur structure au sein du code YALES2. Le Structural Mechanics Solver (SMS) utilise ainsi la méthode des éléments finis pour résoudre des problèmes stationnaires ou dynamiques en une, deux ou trois dimensions. Le solveur peut fonctionner en parallèle et prendre en compte les déformations finis. Pour pouvoir simuler des cas d’interaction fluide structure, le SMS a été couplé avec le solveur ALE (Abitrary Lagrangian Eulerian) grâce à l’outil CWIPI. Il a été nécessaire de développer de nouvelles méthodes de mouvement de maillage pour que les éléments fluides puissent se déplacer en fonction des déplacements du solide en se déformant le moins possible. Le cas d’une plaque de caoutchouc derrière un cylindre a été simulé pour valider le couplage fluide structure.

La poursuite des travaux consistera dans la simulation d’une pale souple en oscillation dans un canal, puis d’une hydrolienne complète à quatre pales souple.