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Couche de surface atmosphérique en présence d'un recouvrement forestier

Dalpé, Benoit (2007). Couche de surface atmosphérique en présence d'un recouvrement forestier. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L'objectif principal de ce projet est de développer et de valider une méthode permettant de simuler l'écoulement atmosphérique sur un terrain couvert de forêt. La méthode proposée utilise un modèle de simulation de la dynamique des fluides (CFD) établissant une analogie entre la forêt et un milieu poreux. Les pertes de quantité de mouvement engendrées par la forêt sont représentées par un terme de source qui est défini selon un coefficient de trainée et une densité de surface foliaire. Afin de modéliser la turbulence, un modèle k-s modifié a été utilisé. Par la suite, le modèle mathématique a été résolu à l'aide du logiciel FLUENT 6.2. La méthode proposée fut validée à l'aide de mesures expérimentales obtenues par quatre auteurs différents. Les résultats obtenus indiquent que la méthode proposée prédit de façon précise la vitesse du vent au-dessus et à l'intérieur de la forêt.

Titre traduit

Atmospheric surface layer flow over forested areas

Résumé anglais

The first step to assess the wind resource of a proposed wind farm site is to install measurement masts to obtain wind velocity and wind direction measurements. Then a wind map of the entire site is obtained using the description of the terrain topography and surface roughness, as well as the measurements obtained at the masts locations. These measurements are then extrapolated to the entire site by using commercial softwares ( e.g. WAsP). These software provide good results for relatively flat terrain characterized by small surface roughness. However, for terrain covered by forest, they are not accurate. Since more and more canadian wind farms are being installed on sites covered by forest, it is essential to develop wind prediction models that can be used over forested areas. Thus, the main goal of this project is to develop and validate a method that could be used to predict the wind flow over forested areas.

The proposed method is a Computational Fluid Dynamics (CFD) model that uses an analogy between the forest and a porous media. The momentum losses within the forest were represented by a source term in the momentum equations. The source term was represented by a drag coefficient and a leaf area density. The turbulence was mode led using a modified k-є turbulence model where source terms were added to the k and є equations. The mathematical model was solved using the software FLUENT 6.2. The proposed method was validated using experimental measurements from other authors. This method was used to simulate two cases : fully developed wind flow within and above a forest, and wind flow in the neighboring of a forest edge. Results indicate that the proposed method precisely predicts the wind velocity above and within the forest, but underestimated the turbulence in the lowest part of the forest. Also, the applicability of the WAsP software near a forest edge was discussed and general recommendations were given. Results indicate that WAsP's predictions are very sensitive to the position of the meteorological station. To minimize prediction errors, it is suggested to position the meteorological station outside the forest or five times above the forest eight over the forest.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire par articles présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr.: [110]-113.
Mots-clés libres: Atmospherique, Couche, Ecoulement, Forestier, Foret, Methode, Recouvrement, imulation, Surface, Wasp,
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Masson, Christian
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 08 avr. 2011 18:06
Dernière modification: 11 nov. 2016 01:12
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/574

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