Simulations aux grandes échelles de la turbulence du sillage d’une éolienne située dans écoulement de couche limite atmosphérique

Guediri, Aimen (2021). Simulations aux grandes échelles de la turbulence du sillage d’une éolienne située dans écoulement de couche limite atmosphérique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le sillage créé par la présence d’une éolienne correspond à un écoulement ralenti et fortement turbulent. Si une éolienne se trouve dans le sillage d’une éolienne placée en amont, elle subit donc à la fois une perte de production et une augmentation des contraintes structurelles, pouvant occasionner une détérioration prématurée du matériel. Étudier la propagation du sillage d’une éolienne située dans un écoulement atmosphérique permettra une meilleure prévision des modifications de l’écoulement atmosphérique par la présence d’éoliennes. Et par conséquence une optimisation de la disposition des parcs éoliens et une augmentation à la fois de la production et de la durée de vie des machines.

Ce travail vise à étudier numériquement l’évolution de sillage d’une éolienne située dans écoulement de couche limite atmosphérique. La problématique est traitée en deux parties, la première portant sur la modélisation de l’écoulement de couche limite atmosphérique, avec une attention particulière portée à la modélisation de la turbulence de l’écoulement atmosphérique. La seconde partie porte sur l’étude du sillage d’un disque actuateur soumis à un écoulement atmosphérique très turbulent.

La modélisation numérique de la turbulence de l’écoulement atmosphérique nécessite l’utilisation d’une technique stochastique de génération de la turbulence adéquate à l’application d’un écoulement atmosphérique, avec une attention portée sure à la modélisation des grandes échelles de turbulence atmosphérique. La seconde partie porte sur l’étude du sillage d’un disque actuateur soumise à l’écoulement atmosphérique modélisé dans la première partie.

Une comparaison entre le sillage produit et un sillage résultant par une simulation sans turbulence prescrite permettent de tirer de conclusions. L’un des principaux résultats est que l’évolution de sillage éolien pour la simulation aux grandes échelles avec turbulence prescrite est plus réaliste que le sillage résultant sans turbulence prescrite qui demande une résolution de maillage très importante afin de résoudre toutes les échelles de l’écoulement.

Titre traduit

Large eddy simulation of wind turbine wake in atmospheric boundary layer flow

Résumé traduit

The wake created by the presence of a wind turbine corresponds to a slowed and highly turbulent flow. If a wind turbine is in the wake of an upstream wind turbine, it suffers both a loss of production and an increase in structural constraints, which can lead to premature deterioration of the equipment. Studying the propagation of the wake of a wind turbine located in an atmospheric flow will allow a better prediction of changes in atmospheric flow by the presence of wind turbines. And therefore, an optimization of the layout of the wind farms and an increase in both the production and the life of the machines.

This work aims to study numerically the evolution of the wake of a wind turbine located in atmospheric boundary layer flow. The problem is dealt with in two parts, the first dealing with the modelling of the atmospheric boundary layer flow, with particular attention to the modelling of the turbulence of the atmospheric flow. The second part deals with the study of the wake of an actuator disc subjected to a very turbulent atmospheric flow.

Numerical modelling of atmospheric flow turbulence requires the use of a stochastic turbulence generation technique suitable for the application of atmospheric flow, with careful attention to modelling large atmospheric turbulence scales. The second part deals with the study of the wake of an actuator disc subjected to the atmospheric flow modelled in the first part.

A comparison between the wake produced and a wake resulting from a simulation without prescribed turbulence allows conclusions to be drawn. One of the main results is that wind wake evolution for large eddy simulation with prescribed turbulence is more realistic than the resulting wake without prescribed turbulence which requires a very important mesh resolution to solve all flow scales.

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 maitrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 83-85).
Mots-clés libres:	sillage éolien, éolienne, écoulement de couche limite atmosphérique, modélisation de la turbulence, modélisation des grandes échelles de la turbulence, disque actuateur, technique stochastique, Simulation aux grandes échelles, résolution de maillage
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Sanjosé, Marlène
Codirecteur:	Codirecteur Dufresne, Louis
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	11 févr. 2022 20:10
Dernière modification:	11 févr. 2022 20:10
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2897

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