Conception et optimisation d'un système hydrolien à aile oscillante passive - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Design and optimization of a fully passive flapping foil hydrokinetic turbine

Conception et optimisation d'un système hydrolien à aile oscillante passive

Résumé

Given the current energy transition conjuncture, where the electricity production and the electricity grid are challenged, the hydraulic potential of low current sites is relevant and remains under-exploited. In such context, this thesis studies a novel concept of an energy harvester device: the fully passive flapping foil turbine. Bioinspired from aquatic animals swimming technique, this hydrokinetic energy harvester consists of an oscillating foil describing periodic heaving and pitching motions, entirely induced by fluid-structure interactions. The first part of this thesis deals with the development of a numerical model for accurately simulating the harvester behavior. Then, a reduced scale prototype of the fully passive flapping foil has been designed and tested in a water channel. Thanks to an original dynamic tuning strategy of the structural parameters, experiments have been conducted for a wide range of configurations of the harvester. The investigation of the harvesting performances of the prototype helped identifying several optimized parameters sets. In such cases, hydraulic efficiencies as high as 30% have been reached. The main results of this thesis allow to consider a full scale fully passive flapping foil harvester in realistic conditions. As a matter of fact, the optimized cases identified for the reduced scale prototype can be naturally extended to real operating conditions.
Dans un scénario de transition énergétique où la production et les grands réseaux de distribution d’électricité sont remis en cause, le potentiel de production au niveau des écoulements à faible vitesse est important et reste encore peu exploité. Cette thèse étudie un concept novateur d’hydrolienne permettant de répondre en partie à cette problématique : le système hydrolien à aile oscillante passive. Bioinspiré de la nage d’animaux aquatiques, ce dispositif de récupération de l’énergie cinétique des courants consiste en une aile décrivant des mouvements périodiques de pilonnement et de tangage, entièrement induits par les interactions fluide-structure. Une première partie du travail a porté sur la construction d’un modèle numérique permettant de reproduire fidèlement le comportement du système. Un prototype d’aile oscillante passive à échelle réduite a ensuite été conçu et testé dans un canal hydraulique. Grâce à une technique de réglage dynamique des paramètres structuraux, le système a pu être étudié expérimentalement sur une large gamme de paramètres mécaniques et hydrauliques. L’étude des performances énergétiques du prototype a permis d’identifier des conditions de fonctionnement optimales. Dans ces conditions, des rendements hydrauliques supérieurs à 30% ont été obtenus. Les résultats de ce travail de thèse permettent d’envisager maintenant l’installation d’un système hydrolien à aile oscillante passive en milieu naturel. En effet, les configurations optimales identifiées à l’échelle réduite peuvent s’étendre naturellement à des conditions hydrauliques réelles.
Fichier principal
Vignette du fichier
DECARVALHODUARTE_Leandro_2019_ED269n.pdf (3.07 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-02520687 , version 1 (26-03-2020)
tel-02520687 , version 2 (26-03-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02520687 , version 2

Citer

Leandro de Carvalho Duarte. Conception et optimisation d'un système hydrolien à aile oscillante passive. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université de Strasbourg, 2019. Français. ⟨NNT : 2019STRAD038⟩. ⟨tel-02520687v2⟩
179 Consultations
160 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More