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Mesh sensitivity analysis on wind farms using CFD wind flow models and CFD wake models

Garcia Barceló, Roger (2012). Mesh sensitivity analysis on wind farms using CFD wind flow models and CFD wake models. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

In the present framework, renewables seem to take every day more weight in the current energy policies. Among many types, wind energy, has already a great presence within green energies with great perspectives for the coming decades.

A very effective tool for wind resource estimation is computational fluid dynamics (CFD). This technique solves the flow motion governing equations taking into account the recirculation effects and flow separation. Obviously, CFD results depend not only on modeling set up but also on achieving mesh independance.

Meshing the computational domain must be the result of an optimized function taking into account two parameters: results accuracy and computational costs. In order to optimize the mesh, two sensitivity analysis are done through different battery cases. The geometrical parameters defining the mesh such as horizontal resolution, expansion of the different areas, height of the computational domain among others are analyzed.

The main objective is to furnish a guideline of meshing parameters for CFDWind1.0 users through studies of wind flow over complex terrain and offshore. The results obtained over complex terrain shown very good accuracy and the grid geometry is optimized enough. Nevertheless, for wake model studies, the current modelisation can be improved and some further works are proposed.

Titre traduit

Analyse de sensibilité de maillage pour la modélisation de parcs éoliens

Résumé traduit

Actuellement, les énergies renouvelables semblent prendre au jour le jour plus de poids dans les politiques énergétiques actuelles. Entre les multiples formes, l’énergie éolienne, ayant une grande présence de nos jours, est celle qui présente des prévisions de majeure croissance lors des prochaines décennies.

Un outil très efficace pour la prédiction de la ressource éolienne sont les simulations CFD. Cette technique permet de résoudre les équations qui gouvernent le mouvement d’écoulement en tenant compte des effets de recirculation et de séparation. Evidemment, les résultats d’une simulation CFD pour la prédiction de la ressource éolienne dépendent de la modélisation que l’on effectue mais aussi du maillage.

Le maillage du domaine d’étude doit être le résultat d’une fonction optimisée tenant en compte deux paramètres: la qualité des résultats et les coûts de simulation. Visant cette fonction, deux analyses de sensibilité de maillage à travers une batterie de cas. Les paramètres géométriques visé sont la résolution des différentes zones d’études, l’extension des zones, hauteur du domaine, etc.

L’objectif principal est de recommander un guide de paramètres de maillage aux usagers de CFDWind1.0 lors de l’étude de l’écoulement du vent en CFD sur terrain complexe puis offshore, tout en ayant atteint la convergence de maillage. Les résultats obtenus lors du maillage en terrain complexe sont très satisfaisant alors que lors de l’étude de l’écoulement en sillage, la modélisation doit être améliorée. Plusieurs voies d’amélioration sont proposées en visant des futures études.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Dissertation presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for a master' degree in mechanical engineering." Bibliogr. : f. [93]-95.
Mots-clés libres: Centrales éoliennes. Dynamique des fluides numérique. Théorie de la sensibilité (Mathématiques). Modèles de vent CFD, modèles de sillage CFD, analyse de sensibilité, OpenFOAM
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Masson, Christian
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Cabezón Martinez, Daniel
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 09 nov. 2012 21:39
Dernière modification: 04 mars 2017 00:44
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1087

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