Présentation
Dans le domaine de l'ingénierie éolienne, une modélisation et une validation précises sont essentielles pour garantir l'intégrité structurale et les performances aérodynamiques de diverses structures telles que les antennes (Figure 1). En raison de leur nature mince et souvent flexible, les antennes sont particulièrement sensibles aux forces induites par le vent, telles que le détachement de vortex, le galop et le flambement. Ces effets dynamiques peuvent entraîner des vibrations structurelles importantes, une fatigue du matériau et même une rupture s'ils ne sont pas correctement pris en compte dans la phase de calcul.
Pour relever ces défis, une validation rigoureuse des modèles de calcul est nécessaire pour s'assurer que les prévisions théoriques s'alignent sur les performances du monde réel. L'un de ces exemples est la validation de simulations des charges de vent par des essais initiaux et une analyse numérique de la dynamique des fluides (CFD). Ce processus permet aux ingénieurs d'affiner leurs modèles, d'améliorer la précision et d'augmenter la fiabilité globale des structures d'antennes dans diverses conditions environnementales.
En collaboration avec l'Université RWTH d'Aix-la-Chapelle, une établissement de pointe en ingénierie et des sciences appliquées, des études pratiques sont menées sur les structures d'antennes exposées aux charges de vent. En combinant des approches théoriques et des données empiriques, la recherche vise à combler le lien entre la simulation et la réalité, contribuant ainsi au développement de conceptions d'antennes plus sûres et plus résilientes. Cette étude souligne l'importance de la validation en ingénierie éolienne, démontrant comment la collaboration entre l'université et l'industrie peut conduire à des techniques de modélisation plus précises et à des performances améliorées des structures dans des applications réelles.
Description du projet
Dans l'exemple de validation actuel, le coefficient de force pour la simulation CFD dans RWIND et l'étude expérimentale [1] de l'Université RWTH d'Aix-la-Chapelle est étudié. Le modèle central représente une antenne de section rectangulaire, placée au-dessus d'une surface de grille qui sert de plan au sol ou de plancher de la soufflerie. Le modèle comprend plusieurs étiquette dimensionnelle en magenta, indiquant des mesures spécifiques : la hauteur totale de l'antenne est de 0,50 m ; sa base est élevée à 0,20 m du sol, avec une longueur de 0,08 m dans la direction y; et la largeur au sommet (dans la direction x) de l'antenne est de 0,056 mètre (Figure 2).
Solution analytique et résultats
Les hypothèses requises pour la simulation des flux de vent sont illustrées par le tableau suivant :
| Tableau 1 : Rapport dimensionnels et données d’entrée | |||
| Vitesse de référence du vent | V | 10 | m/s |
| Dimension perpendiculaire | b | 0,080 | m |
| Le long de la dimension du vent | d | 0,058 | m |
| Hauteur | href | 0,5 | m |
| Écart inférieur | Écart | 0,20 | m |
| Densité de l’air - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Directions du vent | θVent | 0o à 360o avec le pas 30o | Degré |
| Modèle de turbulence - RWIND | RANS stable k-ω SST | - | |
| Viscosité cinématique (équation 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Ordre du schéma - RWIND | Deuxième | - | |
| Valeur résiduelle visée - RWIND | 10-4 | - | |
| Type résiduel - RWIND | Pression | - | |
| Nombre minimal d'itérations - RWIND | 800 | - | |
| Couche limite - RWIND | NL | 10 | |
| Type de fonction de voile - RWIND | Amélioré / combiné | - | |
| Intensité de la turbulence | I | 3 % | |
Les coefficients de force du vent pour différentes directions du vent (θ = 0o à 360o avec un pas de 30o ) ont été déterminés à l'aide de RWIND, comme illustré dans la Figure 3. Les résultats indiquent un écart d'environ 8 % par rapport aux données expérimentales.
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De plus, le modèle d'antenne est disponible au téléchargement ici :
