2 - iusti

ETUDE DE L’IMPLANTATION D’UN PARC EOLIEN
EN IOWA, USA
CHICOT Clément
FOURESTIER Gaspard
REICHELT Léa
2A CINC ME

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Introduction
But : dimensionner une éolienne
Pour cela il nous faut :
• Calculer les efforts exercés sur les pales de l’éolienne
• Modéliser l’éolienne sous Catia
• Observer les réactions de l’éolienne sous ces efforts

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Caractéristiques de l’éolienne
Puissance ≈ 2.5 MW
Mat : 100 m
Pales : 45 m
Vitesse de rotation : 10 – 15 tr/min
Profil des pales : NACA 4412

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Calcul des efforts
Les forces élémentaires qui s’exercent sur les pales sont :
avec : - ρ, la masse volumique de l’air, ρ = 1.2 kg/m 3
- W, la vitesse relative du vent sur les pales
- Cx et Cz, les coefficients de trainée et de portance
- dS, la surface élémentaire

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Hypothèses
- vitesse du vent en amont constante (vitesse maximale
observée sur le site V = 15 m/s)
- vitesse du vent sur les pales = vitesse du vent en amont
- dS = ΔS

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Détermination de la vitesse relative du vent sur les pales
U = - ω*r
W² = V² + U² = V² + (ω*r)²
i : angle d’incidence
α : angle de calage
I : angle d’attaque

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Détermination des nombres de Reynolds
Re = W*L/ν
avec :
• W : vitesse relative du vent sur la pale
• L : longueur caractéristique, dans notre cas la corde de la pale
• ν : viscosité cinématique de l’air, ν ≈ 15.10 -6 m².s -1
Résultats obtenus : Re varie entre 5.10 6 et 10.10 6 du plus proche
au plus loin du moyeu

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Détermination des Cz et Cx et du vrillage de la pale
Finesse : Cz/Cx

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Détermination de la vitesse relative du vent sur les pales
I = α + i
i : angle d’incidence
α : angle de calage
I : angle d’attaque

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Observation du vrillage dans le plan de rotation

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Modélisation sous Catia
Modélisation des pales à partir du profil NACA 4412 et des
angles de calage déterminés précédemment
Extrados
Intrados

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Modélisation de la pale
- Translation
- Homothétie
- Rotation
- Surface

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
température en °C
Matériau utilisé
composite isotrope verre/epoxy (contrainte à rupture 490 MPa)
40.00
Evolution des températures
30.00
20.00
10.00
0.00
-10.00
avr.-07 août-07 nov.-07 févr.-08 juin-08 sept.-08 déc.-08 mars-09
Max (°C)
Min (°C)
Moy (°C)
-20.00
-30.00
-40.00
date

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Analyse mécanique
- Chargement de l’éolienne avec un vent de face
- Détermination de la force résultante constante le long de la pale
- On ne prend pas en compte le poids

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Observations sur Catia
Surfaces épaisses
Contraintes max :
281 MPa
Contraintes à rupture :
490 Mpa
Limite d’élasticité :
250 MPa

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Observations sur Catia
Pales pleines
Contraintes max :
11.2 Mpa
Contraintes à rupture :
490 Mpa
Limite d’élasticité :
250 MPa

Introduction Calcul des efforts Modélisation sous Catia Conclusion
Conclusion
- Détermination de l’angle d’incidence
- Pré-dimensionnement des pales
- Renforts
- Nida
- Calcul avec une force variable
- Etude de l’écoulement complet autour de l’éolienne
- Turbulence
- Décollement