Etude et optimisation d'un système de production d'énergie basé sur les oscillations induites par vortex - TEL - Thèses en ligne
Theses Year : 2020

Study and optimization of a hydro-power conversion system based on vortex-induced vibrations

Etude et optimisation d'un système de production d'énergie basé sur les oscillations induites par vortex

Abstract

An autonomous device aimed at recovering energy from low-speed streams has been developed within the ICube laboratory. Its operation is based on the vortex-induced vibration phenomenon: immersed in a flow, a cylinder attached to a spring sees vortices appear downstream which cause a cyclic asymmetry of the pressure field on its surface, which will tend to make it oscillate. Mechanical energy can then be converted into electrical energy through the use of a generator. The aim of this thesis was to prove the concept of the device, while optimizing its operation. An analytical model has been developed to allow optimal parameters to be applied to optimize energy recovery. It also makes it possible to easily estimate the recoverable energy under given conditions. A two-dimensional digital model was then developed under OpenFoam to allow validation of the analytical model. Finally, experimental tests were carried out to verify the viability of such a device under realistic conditions.
Un dispositif autonome visant à récupérer de l'énergie de cours d'eau à faible vitesse a été développé au sein du laboratoire ICube. Son fonctionnement repose sur les vibrations induites par vortex : plongé dans un écoulement, un cylindre rattaché à un ressort voit apparaître à son aval des tourbillons qui provoquent une dissymétrie cyclique du champ de pression à sa surface, ce qui va avoir tendance à faire osciller. L'énergie mécanique qui en résulte peut ensuite être convertie en énergie électrique par l'utilisation d'une génératrice. L'enjeu de cette thèse a été de prouver le concept du dispositif, tout en optimisant son fonctionnement. Un modèle analytique a été développé pour permettre l'estimation des paramètres optimaux à appliquer pour maximiser la récupération d'énergie. Il permet en outre d'estimer de façon simple l'énergie récupérable dans des conditions données. Un modèle numérique en deux dimensions a ensuite été développé sous OpenFoam pour permettre la validation du modèle analytique. Enfin, des essais expérimentaux ont été réalisés pour vérifier la viabilité d'un tel dispositif dans des conditions réalistes.
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Origin Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03636469 , version 1 (10-04-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03636469 , version 1

Cite

David Lefébure. Etude et optimisation d'un système de production d'énergie basé sur les oscillations induites par vortex. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université de Strasbourg, 2020. Français. ⟨NNT : 2020STRAD039⟩. ⟨tel-03636469⟩
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