2012 L3 SPI Meca Projet Disque Poreux

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tude du sillage derrire une hydrolienne modlise par un disque poreux

Projet raliser sur Fluent et Icem

rendre pour le 30/03/2012

RsumLe but de ce projet et d'tudier un coulement perturb par la prsence d'une hydrolienne, approche par un disque poreux. On utilisera pour cela le logiciel de CDF (Computational Fluid Dynamics) Fluent et le logiciel de maillage Icem. On s'intressera notamment au dcit de vitesse en aval de l'hydrolienne.

11.1

valuation du projetModalits d'valuation

Vous serez valus sur trois points : Un compte rendu commun pour votre groupe ; vous exposerez la problmatique, les maillages, les paramtres de simulation et les rsultats obtenus. Vous justierez tous vos choix. Le compte rendu devra imprativement comporter une introduction et une conclusion. Le nombre de pages est libre ; vous de juger d'un nombre de pages adquat. Enn, veillez ce que les images aient une rsolution correcte, de manire ce qu'elles soient prsentables et lisibles. La note de cette partie sera commune. Un compte rendu individuel d'une page o vous dcrirez votre rle au sein du groupe. Vous pourrez notamment revenir plus en dtail sur des rexions personnelles ou en groupe concernant votre partie du travail. La note sera individuelle. Une soutenance en groupe o vous prsenterez votre projet. Vous pouvez choisir de vous appuyer ou non sur un diaporama de type PowerPoint. La soutenance durera 15 minutes, comprenant 10 minutes de 1

prsentation suivies de 5 minutes de questions. La note sera individuelle. Ceci implique que chacun d'entre vous devra prsenter une partie du travail.1.2

Dates importantes (dlais de rigueur)

Les deux comptes rendus sont rendre pour le 30 mars faute. La soutenance aura lieu dans la semaine du 2 avril 2012.

2012 sans

2

Sujet

On s'intresse l'coulement en aval d'une hydrolienne modlise par un disque poreux. Vous pourrez trouver de plus amples informations ce sujet dans les rfrences prsentes plus bas et ventuellement vous inspirer des tudes qui y sont dcrites.2.1 Prsentation du problme

inlet 0.001m 0.3m 0.1m

disque

symtrie

outlet 2m symtrie ou paroiFig.

3m

1 Schma du cas 2D

2.2

Cas tudier

Vous tudierez deux cas. Dans le premier, le disque sera susamment loign du fond pour ngliger l'inuence de ce dernier ; une condition de symtrie sera donc utilise pour le bas du domaine (cf. gure 1). Dans un deuxime cas, on considrera l'inuence du fond, le centre du disque tant situ 0.15m de celui-ci, c'est--dire verticalement centr dans le domaine 2

de 0.3m de hauteur. Vous raliserez donc deux maillages dirents (cf. partie suivante). Dans le deuxime, la symtrie pour le bas du domaine sera bien entendu remplace par une paroi ( wall ). Le disque poreux, de rayon 0.05m, sera plac 2m de l'inlet sur une longueur totale du domaine de calcul de 5m. Bien qu'ayant une paisseur dans la ralit, le disque sera modlis par une ligne simple (cf. partie 3.2). Dans les deux cas, on considrera une vitesse U0 de 0.3m/s en amont, et un taux de turbulence I de 5% (avec une longueur caractristique de 0.007m). Le disque a une porosit de 2.3 107 m2 et un coecient de saut de pression C2 de 2000 m1 .2.3 Maillages

Vous raliserez des maillages non structurs (comme c'est le cas dans le TP2 sur le mlange dans un coude) l'aide du logiciel Icem CFD (cf. partie 3.1). Aprs une premire simulation sous Fluent (pour chacun des deux cas), vous envisagerez un ranement. Vous justierez votre choix et le cas chant votre dmarche pour le ranement.2.4 Rsultats demands

On s'intresse au sillage derrire le disque. Vous tracerez une carte (contours) de vitesse axiale derrire la disque, des prols de vitesse axiale direntes distances derrire le disque, ainsi que l'volution du dcit de vitesse axiale en fonction de la distance derrire le disque ( centerline decit ). La vitesse axiale, le dcit de vitesse axiale ainsi que la distance derrire la disque seront prsents comme des quantits adimensionnelles ; vous pourrez pour cela vous rfrer [2, 3].

33.1

Aide Icem et FluentMaillage non structur avec Icem CFD

Pour raliser un maillage non structur dans Icem, commencez par diter la conguration globale du maillage (icne (1) de la gure 2). Indiquez (gure 3) que vous souhaitez uniquement des mailles triangulaires en slectionnant All Tri , puis indiquez que vous souhaitez un maillage non structur en slectionnant Patch Independent .

3

Fig.

2 Barre de menu Mesh

Fig.

3 Conguration gnrale du maillage

Dnissez la taille maximale des lments de votre maillage suivant les direntes zones en ditant la conguration du maillage par partie (icne (2) de la gure 2). Dans le tableau (gure 4), la premire colonne liste les direntes parties du maillage. Indiquez dans la quatrime colonne la taille maximale des lments que vous souhaitez pour la partie du disque et de l'intrieur du domaine.

Fig.

4 Conguration par partie du maillage

3.2

Modlisation d'un milieu poreux avec Fluent

Pour modliser un milieu poreux, il est possible de dnir une paroi 1D comme un saut poreux. Ainsi, vous changerez le type de condition limite du disque en porous jump . Vous pourrez alors dnir la permabilit de la paroi, son paisseur et sont coecient de saut de pression. 4

4

Contact

Pour toute question, n'hsitez pas me joindre par email l'adresse suivante : paul.mycek@etu.univ-lehavre.fr. Pour d'ventuels problmes techniques, nous pourrons xer un rendez-vous en salle informatique pour discuter de vos dicults.

Rfrences[1] M.E. Harrison, W.M.J. Batten, L.E. Myers, and A.S. Bahaj. A comparison between CFD simulations and experiments for predicting the far wake of horizontal axis tidal turbines. In 8th European Wave and Tidal Energy Conference, Uppsala, Sweden, 0710 Sep 2009. [2] M.E. Harrison, W.M.J. Batten, L.E. Myers, and A.S. Bahaj. Comparison between CFD simulations and experiments for predicting the far wake of horizontal axis tidal turbines. IET Renewable Power Generation, 4(6) :613627, 2010. [3] L.E. Myers and A.S. Bahaj. Experimental analysis of the ow eld around horizontal axis tidal turbines by use of scale mesh disk rotor simulators. Ocean Engineering, 37(23) :218227, 2010. [4] X. Sun, J.P. Chick, and I.G. Bryden. Laboratory-scale simulation of energy extraction from tidal currents. Renewable Energy, 33(6) :1267 1274, 2008.

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