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Séminaire de Mécanique d'Orsay

Le Jeudi 9 décembre 2021 à 14h00 - Webinaire - le lien sera communiqué ultérieurement

Remplacer les sillages par des streaks à grande échelle dans les parcs éoliens

Carlo Cossu
Laboratoire Hydrodynamique, Environnement Énergétique & Atmosphérique (LHEEA), CNRS - Centrale Nantes

Les stries (streamwise streaks) sont des régions allongées d’excès et déficit de vitesse omniprésentes dans les écoulements de paroi cisaillés transitionnels et turbulents. Leur prévalence a été expliquée par des analyses de stabilité linéaires (généralisées) qui ont montré qu'elles sont les perturbations les plus amplifiées dans les écoulements de cisaillés laminaires et turbulents linéairement stables. La plupart des recherches récentes ont porté sur le rôle que jouent les stries d'amplitude finie dans la transition laminaire-turbulente et dans les processus auto-entretenus intégrés dans les écoulements turbulents. Cependant, la grande amplification non-normale des stries a également été utilisée dans des applications de contrôle d'écoulement. Des stries à grande échelle forcées artificiellement ont en effet été utilisées pour retarder la transition dans les couches limites laminaires, pour stabiliser (avec une énergie minimale) les modes globaux instables de sillages de corps épais et pour réduire la traînée turbulente. Ces études étaient principalement motivées par leurs applications potentielles sur des véhicules de transport avec des épaisseurs de couche limite typiques de l'ordre du millimètre. Dans cet exposé, je proposerai d'étendre l'approche du contrôle par stries aux couches limites atmosphériques dont l'épaisseur est de l'ordre du kilomètre. Je montrerai que les éoliennes peuvent être utilisées comme « générateurs de stries » pour remplacer les sillages (à basse vitesse) des rotors éoliens par des stries cohérentes grande-vitesse (high-speed streaks). Lorsqu'elle est appliquée à des parcs d'éoliennes, cette approche conduit à des améliorations significatives de la puissance totale extraite du vent. Les gains de puissance maximums sont obtenus lorsque l'espacement transverse des éoliennes et des stries forcées à grande échelle est du même ordre que l'espacement des stries cohérentes à grande et très grande échelle (LSM & VLSM) amplifiées naturellement (en l'absence de turbines) dans les couches limites turbulentes.

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