Modélisation et simulation numérique d’un écoulement tridimensionnel et instationnaire dans un canal inter-aubes d’une turbine axe vertical : application au rotor a de type Savonius

Description

L’éolienne fournit actuellement environ 4% d’énergie électrique produite mondialement. Ce pourcentage tend à augmenter ce dernier temps et se poursuivra pour satisfaire les objectifs fixés par les institutions mondiales de la protection de l’environnement. Vue la simplicité de la fabrication de son rotor, l’éolienne de type Savonius est techniquement accessible pour les pays en voie de développement. Malgré la faiblesse de son rendement, elle possède certaines qualités : elle peut démarrer avec une faible vitesse du vent, son couple mécanique est relativement élevé et peut fonctionner à n’importe quel angle d’attaque du vent, … Ce travail consiste à concevoir un code de calcul (CFD), à l’appliquer sur un écoulement à travers un canal inter pales d’un rotor d’une éolienne de Savonius et à tester sa fiabilité. Ce code CFD est écrit en Fortran. Il calcule la température, les composantes de la vitesse et la masse volumique de fluide en tout point du champ de calcul. Ces valeurs permettront de déduire d’autres grandeurs aérodynamiques et thermodynamiques de l’écoulement. La méthode numérique adoptée est celle de différences finies. Elle utilise un schéma de discrétisation de type Lax-Wendroff à deux pas de temps précis à l’ordre deux. Le schéma de discrétisation spatiale est un schéma centré et précis au second ordre. La méthode introduit une viscosité numérique corrigée. Elle fait disparaître cette viscosité à la convergence du calcul. La stabilité interne du calcul est assurée par la condition dite CFL qui impose une contrainte sur le pas de temps ∆t. La description de ce code, suivie de la représentation de quelques résultats obtenus en l’appliquant à une éolienne Savonius à axe vertical de rayon R, de hauteur H, de rayon de courbure de pales r, de recouvrement interne e, précédent une conclusion y afférant.