Experimental investigation of aerodynamic loads modification on wind turbine blades with active flow control
Etude expérimentale de la modification des charges aérodynamiques sur pale d'éolienne par du contrôle d'écoulement actif
Résumé
Wind energy is a clean and renewable source of energy that remains one of the solutions to cut carbon emissions and curb global warming in the field of power generation. The present thesis objective is the optimisation of wind energy production by the all eviation of blade load fluctuations induced by shear and turbulence in the atmospheric boundary layer. These fluctuations increase the blade fatigue and reduce the life duration of the rotors.This load fluctuation all eviation is assessed with an experimental approach and at a laboratory scale. Two not conventional flow control strategies, plasma actuators and fluidic jets, are implemented and tested in the controlled environment of a wind-tunnel to perform a circulation control by acting in the vicinity of the rounded trailing-edge of the blade in order to modify its lift force.In the scope of the SMARTEOLE project, both plasma and fluidic strategies are, as a first step, tested in parallel on a 2D-airfoil. For this thesis, plasma actuators are implemented over the airfoil trailing-edge to increase ordecrease the lift force. Airfoil performances are indeed modified in the linear part of the lift curve. For efficiency and reliability reasons, it is chosen to pursue the work towards the rotational configuration with the fluidic strategy. Blades are then manufactured and tested first in a translational configuration to evaluate the potentialof the fluidic actuation without rotational effects. Then, blades are mounted in the wind turbine bench of the laboratory. The effects of the actuation are demonstrated through surface pressure and flapwise bending moment measurements. Actuation shows important fatigue reduction motivating the pursue of the investigations on active flow control applied to wind turbine blades.
L’énergie éolienne est une source d’énergie propre et renouvelable qui fait partie des moyens pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et contrer le réchauffement climatique dans le domaine de la production électrique.L’objectif de la thèse est d’optimiser la production d’énergie éolienne par la réduction des fluctuations de charge induites par la turbulence de la couche limite atmosphérique. Ces fluctuations augmentent la fatigue des pales et réduisent la durée de vie des rotors.Cette réduction des fluctuations de charge est réalisée par le biais d’une approche expérimentale et à l’échelle du laboratoire. Deux actionneurs non conventionnels sont étudiés et testés au sein d’un écoulement contrôlé ensoufflerie: il s’agit d’actionneurs plasma et de jets fluidiques. L’objectif est d’effectuer un contrôle de circulation par une action proche du bord de fuite arrondi de la pale afin de modifier la portance du profil.Dans le cadre du projet SMARTEOLE, les deux stratégies sont d’abord testées en parallèle sur un profil bidimensionnel. Pour cette thèse, les actionneurs plasma sont implémentés autour du bord de fuite arrondi afin d’augmenter ou de réduire la portance. Les performances aérodynamiques ont été modifiées dans la partie linéaire de la courbe de portance. Pour des raisons d’efficacité et de fiabilité, le projet est poursuivi avec des jets fluidiques pour aller vers l’étude des pales et du contrôle d’écoulement en rotation. Ces pales sont préalablement testées dans une configuration translationnelle pour évaluer l’effet du contrôle sans les effets de la rotation. Finalement,les pales sont montées sur le banc éolien du laboratoire. Les effets du contrôle sont mis en évidence par les mesures de pression pariétale et de moment de flexion en pied de pale. Le contrôle induit des réductions importantes de fatigue qui motivent la poursuite des travaux dans le domaine du contrôle d’écoulement appliqué aux pales d’éolienne.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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