Modèle hybride pour simuler l’écoulement à travers un birotor éolien caréné et sa validation expérimentale

La these resume la recherche sur le fonctionnement et l’ecoulement autour d’une eolienne carene a deux rotors. Le placement d’une turbine a l’entree d’un canal divergent permet d’augmenter le debit massique a travers le rotor. Afin de mieux tirer parti de l’augmentation de la vitesse du vent a l’entree du diffuseur, il a ete decide d’examiner la possibilite de placer un deuxieme rotor, tournant dans le sens oppose, dans cette zone.L'etude menee combinait plusieurs voies de recherche differentes, y compris les methodes de la mecanique des fluides numerique (CFD) et des etudes experimentales. Cela a permis de mieux comprendre la nature de l'ecoulement et du fonctionnement d'une eolienne a deux rotors. Des recherches experimentales ont ete menees dans la soufflerie de l’Institut de Turbomachinerie de l’Ecole Polytechnique de Lodz (Pologne). Une serie de mesures de systemes d'eoliennes divers, avec et sans carenage, a un et deux rotors, a ete realisee. Les resultats recueillis ont permis de confirmer que le carenage pouvait augmenter considerablement (meme deux fois) l'efficacite du rotor. Cependant, les forces aerodynamiques et la vitesse de rotation augmentent egalement. Cet inconvenient peut etre partiellement resolu en utilisant un deuxieme rotor et en repartissant les charges aerodynamiques sur deux etages de turbine.Une partie importante de l'etude etait les simulations numeriques. Ils ont permis de preciser la nature et les parametres de l'ecoulement et d'estimer leur impact sur les performances de l'eolienne. Deux modeles numeriques differents ont ete developpes:•Modele rotor complet (anglais : Fully-resolved Rotor Model, FRM): modele URANS dans ANSYS CFX, base sur la discretisation de la geometrie complete du rotor; ce modele a ete utilise pour l'analyse de l’ecoulement,•Modele hybride CFD-BET (theorie de l’element de pâle): modele RANS dans ANSYS Fluent, dans lequel le rotor est represente par les termes source dans les equations de Navier-Stokes, determines par un code interne; ce modele a ete utilise pour evaluer les performances de differentes configurations d'eoliennes.Au cours de la recherche, une correction empirique interne de la perte d’extremite de la pâle (anglais : tip loss correction) a ete proposee, en tenant compte de l’influence du diffuseur. L’etude realisee a permis d’observer, entre autres, que le deplacement du rotor en aval vers la sortie du diffuseur pouvait entrainer une reduction de la vitesse du vent a travers le rotor en amont, place a l’entree du diffuseur, et une diminution de la puissance globale du systeme.