Titre de l'écran-titre (visionné le 17 novembre 2020) / Les turbines à axe vertical longtemps gardées dans l'ombre des turbines à axe horizontal commencent depuis quelques années à prendre davantage de place sur le marché des énergies renouvelables. Ce nouvel engouement pour cette technologie est notamment dû aux récentes avancées quant à leur efficacité les rendant de plus en plus concurrentielles. Ce présent mémoire s'inscrit dans la recherche sur l'amélioration de cette technologie en considérant l'utilisation de pales flexibles agissant comme un système passif de variation d'angle d'attaque. Il sera question dans un premier temps d'une étude 2D employant une turbine à pales droites munie d'un bord de fuite flexible. Cette étude est réalisée dans un premier temps afin de sélectionner les meilleures caractéristiques pour une étude 3D qui est menée par la suite. Un modèle employant la mécanique des fluides numériques couplé à un modèle d'élément fini est employé et validé dans ce mémoire. Le logiciel OpenFOAM utilisant une librairie maison pour le couplage solide est utilisé en 2D. La résolution du domaine 3D est quant à elle réalisée en employant le logiciel StarCCM+ ainsi qu'un couplage fluide structure intégrée à même le logiciel. Également, la modélisation de la turbulence est réalisée en employant le modèle de turbulence RANS k-ω SST, dans sa forme instationnaire. Les résultats de la première étude 2D montrent une augmentation de l'efficacité pour des conditions d'opération en dessous et au-delà du point de meilleur rendement. Cependant, il est également démontré que l'utilisation de pales flexibles diminue l'efficacité de la turbine à son point de meilleur rendement. Enfin, l'impact des effets 3D sur le comportement dynamique des pales flexibles vient changer les observations réalisées en 2D au point de meilleur rendement. En effet, la modélisation tridimensionnelle du problème permet de mettre en lumière une augmentation globale de l'efficacité de la turbine en réduisant considérablement la traînée des pales en agissant directement sur la formation des tourbillons de bout de pale / Vertical-axis turbines, long kept in the shadow of horizontal-axis turbines, are starting to gain more importance in the renewable energy market nowadays. This new trend comes from recent advances in the efficiency, making them more competitive. This thesis takes part in the actual research by considering a flexible blade as a possible passive system to improve the efficiency of this technology. At first, a 2D study using a straight blade turbine with a flexible trailing edge is done in order to select the best characteristics for a 3D study which is carried out subsequently. A model employing computational fluid dynamic coupled to a finite element model is used and validated in this thesis. OpenFOAM software is used with an in-house library which allows fluid-solid couplings in 2D. The resolution of the 3D domain is conducted by using StarCCM+ software as well as a fluid-solid coupling integrated into the software. Also, the turbulence modeling is performed using the unsteady form of the RANS k-ω SST turbulence model. The result of the 2D study shows an increase in efficiency for the operating conditions below and above the optimal efficiency point compared with a turbine with rigid blade. It is also shown that the flexible blades decrease the efficiency of the turbine at the optimal efficiency point. However, the impact of 3D effects on the dynamic behaviour of flexible blades changes the observations made in 2D at the optimal efficiency point. Indeed, the threedimensional modeling of the problem makes it possible to highlight an overall increase in the efficiency of the turbine by considerably reducing the vortex drag of the blades by acting directly on the formation of the tip vortices.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/67081 |
| Date | 02 February 2024 |
| Creators | Descoteaux, Pierre-Olivier |
| Contributors | Olivier, Mathieu |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | mémoire de maîtrise, COAR1_1::Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise |
| Format | 1 ressource en ligne (x, 98 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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