Développement d’un outil de simulation numérique basé sur l’approche "Weak-Scatterer" pour l’étude des systèmes houlomoteurs en grands mouvements - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

Development of a numerical tool based on the Weak-Scatterer approximation for the study of Wave Energy Converters in Large Motions

Développement d’un outil de simulation numérique basé sur l’approche "Weak-Scatterer" pour l’étude des systèmes houlomoteurs en grands mouvements

Résumé

Usual numerical tools for designing floating bodies have shown their limits when considering WEC’s conception. Codes based on linear potential theory and boundary value problems are fast but limited to low amplitude of motions around mean positions. On contrary, wave energy converters efficiency relies on large amplitude of motions. An alternative approach onsists in linearizing the perturbations on the incident wave position (Weak-Scatterer approach) while the body conditions are expressed on the body exact position. Sea-keeping studies of wave energy converters with this method may give results with a better precision in reasonable computational time. Thus this thesis consists in developing a numerical tool based on this approach and comparing its benefits with the state of the art linearized one. This code is based on the potential theory using Rankine sources in timedomain, revisited according to the conception choices. The analytical expressions of the integral equations were thus written for a linear discretization. The boundary value problem for the time derivative of the velocity potential was also entirely re-developed, to validate the different existing expressions and provide a new simplified one. This theoretical developments were implemented into modules, which were validated using reference solutions. An application case was performed to evaluate the performances of a wave energy converter, consisting in a heaving submerged buoy.
Les codes de tenue à la mer basés sur la résolution d'un problème aux limites en théorie potentielle linéarisée, largement utilisée pour l'étude des systèmes flottants conventionnels pour leurs faibles temps de calcul, sont limités par définition à de faibles amplitudes de mouvement. L'efficacité des systèmes houlomoteurs repose, au contraire, sur de grands mouvements: ces systèmes doivent ainsi être conçus avec des fréquences de résonance proches des fréquences de houle. Cette condition est aux antipodes des hypothèses fondamentales des codes potentiels linéaires. Une approche alternative consiste à linéariser les perturbations autour de la déformée de houle incidente (approche Weak-Scatterer) et à exprimer les conditions de glissement sur la position exacte du corps. Ce formalisme doit ainsi pouvoir permettre de traiter avec une meilleure précision les problèmes de tenue à la mer de système houlomoteurs en grands mouvements, tout en maintenant des temps de calculs raisonnables. Ce travail de thèse consiste en le développement d’un code basé sur cette approche et son exploitation afin d’évaluer ses avantages par rapport à l’approche complètement linéarisée de l’état de l’art. Ce code temporel est basé sur la théorie potentielle avec des sources de Rankine, revisitée selon les choix de conception. Les expressions analytiques des équations intégrales ont ainsi été développées pour une discrétisation linéaire des grandeurs. De même, la détermination de la dérivée temporelle du potentiel par résolution d'un problème aux limites a été complètement reprise pour valider les différentes expressions existantes et donner naissance à une nouvelle, simplifiée. Ces développements théoriques ont été implémentés au sein de différents modules du code, qui ont été successivement validés à l'aide de solutions de référence analytiques ou numériques. L'exploitation du code a finalement permis d'évaluer les performances d'un système houlomoteur de type bouée pilonnante immergée.
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Dates et versions

tel-01207477 , version 1 (30-09-2015)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01207477 , version 1

Citer

Lucas Letournel. Développement d’un outil de simulation numérique basé sur l’approche "Weak-Scatterer" pour l’étude des systèmes houlomoteurs en grands mouvements. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Ecole Centrale de Nantes (ECN), 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01207477⟩
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