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Soutenance de thèse en Génie Mécanique par Pierre-Luc DELAFIN

Cette thèse aura lieu le 12 septembre 2014 à 9h à l'Ecole Navale.

Sujet : "Analyse de l'écoulement transitionnel sur un hydrofoil. Application au hydrolienne à axe transverse avec contrôle actif de l'angle de calage"


Résumé :

Cette thèse vise à étudier les effets de la transition laminaire - turbulent et du contrôle actif de l'angle de calage des pales sur les performances de l'hydrolienne à axe transverse SHIVA (Système Hydrolien Intelligent à Variation d'Angle) développée à l'Institut de Recherche de l'Ecole-Navale (IRENav). L'écoulement transitionnel autour d'un hydrofoil est d'abord étudié en comparant des résultats expérimentaux et numériques. Les résultats expérimentaux ont été obtenus dans le tunnel hydrodynamique de l'IRENav. La transition s'effectue par un mécanisme de bulbe de séparation laminaire. Les comparaisons sont fondées sur l'analyse locale des pressions, des profils de vitesse dans la zone du bulbe de séparation laminaire et sur l'analyse des portances, traînées et moments mesurés sur un profil fixe et en mouvement de tangage forcé. Des calculs RANS 2D, avec et sans modèle de transition (γ-Reθ), RANS 3D et LES 2,5D ont été menés afin de comparer les approches et évaluer la précision des simulations. L'étude montre que le modèle de transition γ-Reθ améliore nettement les résultats obtenus par rapport à un modèle tout turbulent (k-ω SST) dans le cas d'un écoulement transitionnel.

 

L'influence de la transition laminaire - turbulent sur les performances de la turbine SHIVA est ensuite étudiée en comparant les résultats de calculs effectués avec et sans modèle de transition. L'approche est bidimensionnelle. L'utilisation du modèle de transition est intéressante au paramètre d'avance λ = 2 pour lequel les pales subissent un décrochage dynamique important. Le développement du tourbillon de bord d'attaque, favorisé par le modèle de transition, permet en effet une meilleure prédiction du décrochage. Les valeurs de λ supérieures sont moins concluantes du fait de la prédiction d'une traînée trop faible par le modèle de transition.

 

Enfin, l'influence du contrôle actif du calage des pales sur les performances de la turbine est étudiée au point de fonctionnement optimal de la turbine λ = 3. Des lois de calage avancées sont développées, permettant d'agir indépendamment sur la moitié amont ou aval de la turbine. La meilleure loi testée permet une augmentation du coefficient de puissance de 34% tout en lissant la répartition du couple.

Photo du mois

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(C) Pascale Lherminier / Ifremer