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Modélisation numérique de la séparation de l'écoulement atmosphérique

Boudreault, Louis-Étienne (2011). Modélisation numérique de la séparation de l'écoulement atmosphérique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le micropositionnement des éoliennes sur un éventuel site d’implantation localisé en terrain accidenté nécessite une attention particulière, car il peut contenir des zones dites « d’écoulement séparé ». Ces régions où l’écoulement atmosphérique se sépare sont particulièrement dommageables pour les éoliennes, notamment en raison des niveaux de turbulence et de cisaillement accrus qu’elles impliquent. Ce phénomène complexe et non linéaire est difficilement reproduit avec une grande précision dans les méthodes de modélisation numérique conventionnelles. Les caractéristiques de la région de séparation sont fortement couplées avec le comportement du modèle de turbulence et les conditions aux frontières utilisées. L’objectif principal de ce projet est donc de développer une méthode de résolution numérique pour modéliser l’écoulement atmosphérique avec les zones de séparation qu’elle comporte, et ce, avec un certain degré de précision. La méthode proposée est construite autour du modèle de turbulence RANS k−ω SST. Ce modèle est généralement reconnu pour avoir un bon comportement en gradients de pression adverses, mais son utilisation a plutôt été recensée pour des applications en aéronautique. Un ensemble de conditions aux frontières permettant de modéliser la couche limite atmosphérique à microéchelle avec ce modèle est ainsi proposé. L’adaptation a été réalisée avec la boîte à outils CFD OpenFOAM.

Résumé traduit

The micro-siting of wind turbines on a complex terrain requires extra attention because it may involve so-called "flow separation zones". These regions may results in undesirable high level of turbulence and shear, possibly harmful for wind turbines. This complex non-linear phenomenon is hardly reproduced with great precision in standard numerical modeling. The aspects of the separated region are closely coupled with the behavior of the turbulence model of interest and on the boundary conditions considered. The principal objective of this project is thus to develop a numerical model capable of capturing flow separation with a certain level of accuracy. The proposed method is based on the RANS k−ω SST turbulence model. This model is better adapted than usual RANS models used in wind engineering and is recognised for its good behavior in adverse pressure gradient flows and separated flows but was mainly used in aerodynamic applications. A set of boundary conditions is therefore proposed to model the equilibrium atmospheric boundary layer with this turbulence model. The adaptation in this work was achieved with the OpenFOAM CFD toolbox.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique" Bibliogr. : f. [167]-175.
Mots-clés libres: Atmosphère. Air Écoulement Modèles mathématiques. Atmosphère Simulation par ordinateur. Couche limite turbulente. CFD, Écoulement, OpenFOAM, RANS, RUSHIL, Séparation, Séparé. Simulation numérique.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Dufresne, Louis
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Masson, Christian
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 21 oct. 2011 15:56
Dernière modification: 16 févr. 2017 21:11
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/913

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