Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Un calcul précis des coefficients aérodynamiques est essentiel pour évaluer les différents types d'instabilités éoliennes occasionnées par la glace amoncelée sur les conducteurs haute tension et les haubans des tours de soutien. Or, puisque l'on s'intéresse tout particulièrement aux méthodes de simulation numériques comme outil de travail pour étudier les différents phénomènes pouvant déclencher ces instabilités, il est indispensable d'obtenir une évaluation précise et continue des coefficients aérodynamiques au cours de la simulation, même lorsqu'il y a accrétion de glace ou rotation du profilé.

Les formulations empiriques ne peuvent pas tenir compte de tous les critères qui interviennent dans le façonnement de ces courbes. C'est pourquoi il est nécessaire d'employer un système de résolution numérique pouvant simuler l'écoulement et ses caractéristiques propres, telles que viscosité, séparation, turbulence autour de l'objet à analyser.

Ces considérations nous ont amené à séparer et résoudre ces problèmes d'écoulement en deux parties distinctes: soit d'utiliser un fluide à potentiel pour représenter l'écoulement à l'extérieur de la couche limite et un fluide visqueux mais toujours incompressible à l'intérieur de cette borne. La formulation par équations intégrales aux limites nous donne alors une résolution rapide et peu coûteuse pour l'écoulement potentiel. Et puisque cette formulation n'exige que des éléments à la frontière du domaine, il est alors possible de modifier la forme et la position de l'objet à volonté.

A l'intérieur de la couche limite, nous évaluons par intégration numérique la perte dans le transport de quantité de mouvement due à la friction en surface, le gradient de pression adverse et le débit massique sortant de la frontière. Lorsque par ce calcul nous obtenons une inversion de la vélocité en surface, c'est qu'alors l'écoulement s'est séparé ou décollé de l'objet. Ces paramètres nous permettent alors d'établir la distribution de pression autour de l'objet étudié et de déterminer ses caractéristiques aérodynamiques. Puisque la séparation de la couche limite est un phénomène qui influence considérablement l'écoulement tout autour de l'objet servant d'obstacle, il est nécessaire d'évaluer l'effet de cette singularité. Alors lorsqu'on a effectué une première localisation de ces points de séparation, on doit modifier la géométrie apparente de l'obstacle pour y inclure la forme que prendra le sillage à cause de ce décollement et effectuer une deuxième résolution de l'écoulement potentiel avant le calcul des coefficients aérodynamiques.

Cette méthode nous a permis d'obtenir de très bons résultats, qui concordent avec des essais effectués en soufflerie pour des géométries diverses, offrant différentes singularités de forme.

Ces mêmes résultats justifient donc l'approche par morceaux préconisée et confirment la validité des deux item suivants: soit premièrement l'utilisation des équations de quantité de mouvement pour déterminer la localisation des points de séparation, et deuxièmement la modification de la géométrie apparente de l'objet, effectuée pour simuler la forme que prend le sillage, avant une deuxième résolution pour convergence finale.