Développement d’un modèle simplifié 3D pour le calcul de parcs d’hydroliennes - Validation expérimentale
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Résumé
Des projets d’installation de parcs de plusieurs hydroliennes rapprochées en rivières ou dans les océans ont été récemment démarrés, afin de développer cette source d’énergie renouvelable. Dans ces parcs, les interactions de sillage entre les hydroliennes doivent être calculées puisqu’elles peuvent affecter leur puissance produite. Un modèle CFD stationnaire de type disque d’action couplé aux équations RANS est développé dans ce travail pour calculer la puissance produite et l’écoulement au sein d’un parc d’hydroliennes Darrieus. Ce modèle utilise des répartitions détaillées de force dont l’intensité dépend de la position sur la turbine. Elles sont obtenues par des calculs préliminaires URANS de l’écoulement
sur la géométrie de la turbine en rotation. De nouvelles lois sont obtenues pour les coefficients de puissance et de force en utilisant la vitesse locale (vitesse au niveau de la turbine) au lieu de la vitesse amont dans leur définition. Ces coefficients deviennent alors indépendants du confinement de la turbine. Ces lois servent à construire un modèle qui calcule les distributions de force représentant chaque turbine du parc en fonction de la vitesse locale du fluide, pour simuler chaque turbine fonctionnant proche de son point de maximum d’efficacité. Une validation du modèle est réalisée par comparaison à de nouvelles expériences d’une turbine Darrieus à échelle réduite. Différentes configurations de parcs sont ensuite simulées par le modèle 3D, ainsi que par une version 2D du modèle. Les distances entre turbines qui permettent d’obtenir une puissance produite par le parc maximale sont notamment recherchées.
Membres du jury :
M. Sylvain GUILLOU, Professeur, HDR, Université de Caen, Rapporteur
M. Elie RIVOALEN, Professeur, HDR, INSA Rouen, Rapporteur
M. Jacques-André ASTOLFI, Professeur, Ecole Navale de Brest, Examinateur
M. Antoine DUCOIN, Maitre de conférences, Ecole centrale de Nantes, Examinateur
Invité : M. Olivier BERTRAND, Ingénieur, Artelia Eau & Environnement.