Contribution à la détermination des caractéristiques aérodynamiques des profils d'ailes application aux rotors éoliens

Abstract

L'étude de l'écoulement réel autour de profils d'ailes est abordée avec les méthodes globales qui consistent à combiner la théorie de l'écoulement potentiel avec les effets de la couche limite. Les équations de la couche limite sont résolues à partir de méthodes intégrales. Les résultats obtenus pour les profils sous de faibles incidences sont en bonne adéquation avec les valeurs publiées dans la littérature. Le problème est ensuite traité avec la résolution des équations moyennées de Navier Stokes. Les premiers calculs sont exécutés à l'aide du code PHOENICS, basé sur la méthode des volumes finis. Les résultats obtenus aux grandes valeurs de l'angle d'attaque sont améliorés mais insuffisamment, notamment pour les profils cambrés. Le développement d'un programme de résolution des équations de Navier Stokes en coordonnées curvilignes est alors entrepris. Un programme de génération de maillage par méthode numérique est développé et SIMPLER2D, un autre code basé sur la méthode des volumes finis également, est modifié en partie : les problèmes régis par l'équation de diffusion sont résolus en coordonnées curvilignes. Ces simulations sont poursuivies à l'aide de deux codes de calcul commerciaux, StarCD et FLUENT qui sont appliqués à des profils d'ailes utilisés dans la construction des rotors éoliens. Les calculs sont effectués pour des écoulements 2D turbulents incompressibles, en régime stationnaire puis instationnaire. Différents modèles de turbulence sont comparés. L'influence de la turbulence de l'écoulement externe est mise en évidence. Quelques simulations sont également effectuées pour un écoulement compressible et pour un écoulement 3D incompressible. Par la suite, le cas d'une éolienne en rotation est abordé. Deux techniques sont appliquées pour simuler la rotation : (i) la méthode MRF en calcul stationnaire, la rotation étant simulée par des termes sources ajoutés dans les équations de quantité de mouvement et (ii) la méthode ASI en calcul instationnaire avec maillage mobile, les équations de Navier-Stokes étant alors formulées en ALE. Les résultats obtenus sont exploités pour estimer les performances de l'éolienne.