Phénomènes aérodynamiques: Turbulence, cisaillement, sillage

Phénomènes aérodynamiques : Turbulence, cisaillement, effet
sillage….
Chapitre 2:
Dr. Yousra. Amellas
Année 2024/2025
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TS: SEO

La conversion de l'énergie éolienne en énergie utile implique deux processus:
•Le processus primaire d'extraction de l'énergie cinétique du vent et la conversion en énergie mécanique à l'axe du rotor,
et
•Le processus secondaire de conversion en énergie utile (principalement électrique, mais aussi mécanique pour les
pompes à eau ou chimiques pour le dessalement de l'eau ou les hydrolyses).
Le processus primaire: l'extraction de l'énergie cinétique du vent, est un processus de l’aérodynamique basé sur :
•La météorologie (Le vent) en tant d’entrée. (Chapitre 1)
et
•La dynamique du système pour l’interaction avec la structure (pâles).
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Dynamique des fluides Newtonien: Type de l’écoulement (Régime d’écoulement)
En termes de dynamique des fluides, il existe deux types importants d'écoulement de fluide entre les surfaces: laminaire et écoulement
turbulent.
•Ecoulement laminaire: Le fluide se déplace en douceur dans une série de couches parallèles, avec des vitesses relatives et sans
mélange. Ce type d'écoulement est caractérisé par les trajets réguliers et lisses de particules fluides. (pas de viscosité).
•Ecoulement turbulent: à des vitesses élevées, il existe normalement des turbulences dans l'écoulement du fluide. L’écoulement
turbulent qui se caractérise par un mouvement irrégulier et aléatoire de particules du fluide. (avec viscosité).
•La vitesse critique d'écoulement à laquelle se produit les turbulences peut être déterminée en fonction du nombre de Reynolds (Re).
Les lignes de courant
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Dynamique des fluides Newtonien : Notion de viscosité
Notion de viscosité:La viscosité est le terme qui désigne la résistance d’un fluide à l’écoulement et au mouvement. Lorsqu’il y a
écoulement, la contrainte possède une composante tangentielle liée à la viscosité, autrement dit contrainte de cisaillement 𝜏
,v :la
vitesse linéaire; e : l’espace(ou épaisseur).
Expérience de couette :
Pour les gaz: La viscosité augmente quand la température augmente.
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Dynamique des fluides Newtonien : Couche limite- pré-machine -
•Une couche limite est une zone de transition entre deux régions de différentes vitesses. Une couche limite s’établit donc
entre une zone où le fluide est à l’arrêt, et un écoulement extérieur à grande vitesse.
•La couche limite est une zone de l’écoulement où s’opèrent les transferts de quantité de mouvement (et où se créent le
frottement et la traînée) par l’intermédiaire des forces de pression et des contraintes visqueuses.
•Une couche limite apparaît lorsque l’écoulement est fortement cisaillé
dû àla présence de forts gradients transverses, c’est-à-dire lorsque l’on
observe de grandes différences de vitesses entre deux points proches
dans la direction transverse à l’écoulement.
La sous-région inférieure à 1 000 m comprend la couche limite atmosphérique. Il a
un profil de vent complexe en termes de vitesse du vent en fonction de la hauteur
en raison de la variabilité des effets de chauffage et des caractéristiques
géographiques. Dans cette région, la vitesse du vent est modélisée à partir d'une
vitesse du vent de référence à un niveau du sol à la hauteur de référence, , de 10
m. Dans cette couche, l'écoulement est mélangé et peut être modélisé comme
turbulent.
Les mouvements d'air dans la troposphère principale (ce qui signifierait une
altitude supérieure à environ 1 000 m). Ceux-ci sont connus sous le nom de vents
géostrophiques