Résultats numériques (2/2)
Résultats quantitatifs



Dans le cadre du projet global regroupant les parties aérodynamiques et électriques, cette étude a pour objectif de fournir un modèle du comportement aérodynamique de l'éolienne.
Cette page développe une étude paramétrique qui concerne le couple aérodynamique récupéré sur l'arbre de la Savonius.

Le paramètre considéré est le rapport de la vitesse circonférencielle R*omega à la vitesse à l'infini U.

Avant tout, comment varient les efforts sur la structure au cours de la révolution?
Les deux graphes suivants (ratio de 0.8) permettent d'extraire la fréquence des oscillations des résultantes longitudinale et normale ainsi que les positions angulaires de l'éolienne où elles sont extrémales.


On note ainsi que ces oscillations ont une fréquence double de celle de l'éolienne, ce qui s'explique par la géométrie de la voilure (symétrie par rapport à l'axe).
Les efforts maximaux sont repérés dans le tableau suivant (la position de référence est celle où l'éolienne est globalement orthogonale à l'écoulement):
 
 

Position angulaire correspondant à l'effort minimum  Position angulaire correspondant à l'effort maximum

Traînée

70°

-35°

Portance

100°

10°

Les variations du couple aérodynamique sur l'arbre ont également cette fréquence, quelle que soit la vitesse de rotation de l'éolienne, cependant la valeur moyenne, autour de laquelle le couple oscille, dépend du ratio R*omega/U. Les deux graphes suivants illustrent ces propriétés, avec des ratios respectifs de 0.8 et 0.2:


On relève ainsi, pour une vitesse de rotation élevée (ratio=0.8), des oscillations du couple autour d'une valeur moyenne presque nulle. Ce résultat est attendu, car lorsque l'éolienne n'est pas contrainte en terme de couple, elle tourne rapidement.

A contrario, lorsqu'on la force à tourner lentement (ratio de 0.2), le couple exercé sur l'arbre oscille autour d'une valeur moyenne non nulle.

Un modèle aérodynamique de la voilure consiste alors en l'étude des variations de couple et de puissance en fonction du paramètre vitesse de rotation. Les trois graphes qui suivent fournissent ce modèle:



Ces graphes permettent ainsi de situer le point de fonctionnement optimal entre les ratio 0.4 et 0.5, et ce pour les deux vitesses de vent. Ils montrent également que, sans couple aérodynamique, lorsque l'éolienne est libre, celle-ci tourne avec un ratio compris entre 0.8 et 0.9.

NB: cette étude est statique, elle ne concerne que des régimes établis, où le vent souffle à la même vitesse pendant une longue durée...
Un modèle dynamique intéresserait beaucoup l'étude électrique.