Validation d’un modèle numérique simplifié à l’aide des résultats d’essais menés en laboratoire pour des parcs de turbines d’énergie hydrocinétique fluviale
Le modèle EPTM (Effective Performance Turbine Model) (modèle de turbine au rendement efficace) pour la modélisation d’un parc de turbines, développé dans le cadre d’une initiative de collaboration entre l’Université Laval, Mavi Innovations Inc., Lambda2 Engineering Simulations et Ressources naturelles Canada (RNCan), a été validé numériquement au moyen de simulations haute-fidélité de la géométrie complète des rotors. Même si les résultats se sont avérés prometteurs, il convenait de pousser plus loin la validation à l’échelle du banc d’essai et d’expérimentations à l’échelle du terrain.Ce projet avait pour objet de vérifier et d’évaluer la précision et la fiabilité du modèle EPTM pour faire des prévisions de la structure du sillage et du rendement des turbines, en utilisant les résultats d’évaluation du rendement obtenus au laboratoire hydraulique exploité par le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) à Ottawa, au Canada.
Un modèle EPTM renouvelé a été mis au point à l’aide de simulations de la géométrie complète des rotors, afin de reproduire les conditions d’écoulement à nombre de Reynolds faible observées dans les installations d’essais du laboratoire. Ces conditions étaient attribuables à la petite dimension physique des turbines à échelle réduite et au courant peu rapide observé dans le canal d’essai. Les simulations à l’aide du modèle EPTM réalisées avec six configurations différentes à deux turbines ont été comparées à l’écoulement mesuré par le modèle physique afin d’évaluer l’efficacité du modèle EPTM renouvelé. Le présent rapport présente les procédures de mise en œuvre du modèle EPTM dans le logiciel Ansys-fluent.
Les conditions d’écoulement à nombre de Reynolds faible et les turbines à échelle réduite ont influencé grandement l’hydrodynamique instable des turbines à écoulement transversal. De plus, en raison de l’écoulement à nombre de Reynolds faible, il était difficile de reproduire la fiabilité avec l’approche URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) (écoulement instationnaire). On a donc conclu que les conditions d’essais en laboratoire avec écoulement à nombre de Reynolds faible se situaient hors de la plage d’application du modèle EPTM dérivé de l’approche URANS.
Afin d’établir des données de référence fiables et de faciliter la validation des modèles numériques, il est recommandé de procéder à des expérimentations à plus grande échelle, notamment avec des configurations d’un parc simple en prenant des mesures détaillées des valeurs du flux de sillage et en recueillant simultanément les données sur le rendement individuel des turbines à des nombres de Reynolds plus réalistes.
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