Technologie / Guide technique
Perturbation due à la tour de l’éolienne et chargement cyclique des pales
La tour peut perturber l’écoulement rencontré par une pale en rotation. L’influence en amont et le sillage de la tour en aval décrivent des situations différentes. Une perturbation rencontrée périodiquement peut produire des forces variables sur les sections de pale, même si le vent ambiant est par ailleurs constant.
La trajectoire de la pale transforme une perturbation spatiale en une évolution temporelle.
Définissez d'abord la position du rotor par rapport à la tour et la trajectoire d'une section particulière. La géométrie et la réponse aérodynamique relient ensuite la structure de l'écoulement à la fréquence et à la forme d'onde du chargement.
01 / Disposition
Au vent et sous le vent désignent des positions relatives.
Un rotor au vent se situe du côté de la tour d’où arrive l’écoulement ; un rotor sous le vent se situe derrière la tour pour l’écoulement aligné indiqué.
Un rotor au vent se trouve du côté de la tour d'où provient l'écoulement ; un rotor sous le vent se trouve derrière celle-ci pour l'écoulement aligné considéré. Il s'agit de définitions de configuration, et non d'affirmations concernant un modèle MARSTON particulier.
L’interaction avec la tour dépend également du décalage du plan du rotor, de la géométrie de la tour et de la direction réelle de l’écoulement incident. Ces termes seuls ne fournissent pas un champ de vitesse local et n’établissent pas quelle perturbation rencontre une section.
02 / Effet en amont
Une perturbation peut se produire en amont de la tour.
L'écoulement autour d'un corps modifie son champ de vitesse, y compris dans les zones en amont.
L’écoulement autour d’un corps modifie le champ de vitesse à proximité, y compris dans les régions en amont. AeroDyn distingue une représentation de l’influence du mât fondée sur un écoulement potentiel d’une représentation de son ombre en aval. Les deux ne doivent pas être traitées comme un même profil portant des étiquettes opposées.
Un modèle d’écoulement potentiel est une idéalisation ; il ne résout pas toutes les propriétés d’un sillage visqueux. La vitesse locale qu’il prédit est propre à la géométrie, aux hypothèses et aux coordonnées représentées dans ce calcul.
03 / Ombre en aval
Le sillage d’une tour crée un écoulement local différent.
Derrière un mât, l’écoulement représenté peut présenter un déficit de vitesse et des fluctuations associés à son sillage.
Derrière un mât, l’écoulement représenté peut présenter un déficit de vitesse et des fluctuations associés à son sillage. Une pale traversant cette région peut rencontrer des conditions différentes de celles de l’écoulement ambiant.
Cette ombre est distincte du sillage propre au rotor en aval. Le guide du sillage du rotor Décrit un champ distinct, bien que les deux puissent être importants dans un modèle intégrant leur interaction.
04 / Périodicité
Le passage d'une section et le chargement global diffèrent.
Pour une perturbation stationnaire simple, une section de pale représentée répète sa trajectoire une fois par tour.
Pour une perturbation stationnaire simple, une section de pale représentée répète sa trajectoire une fois par tour. Sa fréquence de passage est n/60 Hz lorsque n est exprimé en rpm. Une vitesse hypothétique de 60 rpm correspond à une répétition de trajectoire par seconde.
Si B pales identiques passent à intervalles réguliers, certaines contributions agrégées peuvent présenter une composante de répétition B fois plus fréquente. Cela dépend de la symétrie et de la grandeur combinée ; il ne s’agit ni d’un nombre de pales MARSTON déclaré ni de la seule fréquence possible.
05 / Historique des forces
La fréquence ne détermine pas l'amplitude.
La modification de l'écoulement local modifie la vitesse relative et l'angle d'attaque ; la réponse en force de la section dépend donc de l'état aérodynamique.
La modification de l’écoulement local modifie la vitesse relative et l’angle d’attaque ; la réponse en force de la section dépend donc de l’état aérodynamique. Deux perturbations ayant la même fréquence de répétition peuvent avoir des amplitudes, des durées et des historiques de force résultants différents.
Un décollement instationnaire peut introduire une dépendance à l’historique. Le guide du décrochage explique pourquoi une interaction évoluant rapidement ne suit pas nécessairement exactement une courbe de coefficient en régime permanent.
06 / Réponse structurelle
Une excitation cyclique ne constitue pas une prédiction des vibrations.
La structure porteuse réagit selon ses modes, son amortissement et ses contraintes.
La structure porteuse réagit selon ses modes, son amortissement et ses contraintes de liaison. Identifier une sollicitation aérodynamique périodique ne permet pas d’établir la déflexion, la résonance ou les conséquences en fatigue qui en résultent.
Aucune position réelle du rotor MARSTON, aucune amplitude de l'effet d'ombre de la tour, aucune marge fréquentielle ni aucune valeur de charge cyclique n'est définie ici. La page explique le lien de causalité entre l'écoulement et le chargement, sans fournir de modification d'installation, de limite de fonctionnement ni de procédure d'essai.
Poursuivez l’examen avec Sillages des petites éoliennes : déficit, mélange et rétablissement.
Poursuivez l’examen avec Décrochage aérodynamique des pales d’éolienne et décollement de l’écoulement.
Poursuivez l’examen avec Déformées modales et fréquences propres des pales éoliennes.
Contexte général : OpenFAST : modèles distincts d’influence de la tour et d’ombre de la tour · NREL : perturbation aérodynamique due à la tour et conditions du modèle. Ces références expliquent des concepts du secteur ; elles sont distinctes des documents MARSTON applicables au produit et au projet.
Concepts clés et conditions.
Interpréter chaque grandeur avec sa référence, ses unités et les conditions indiquées. Une relation générale ne permet pas d’établir une valeur propre à un modèle.
| Concept / grandeur | Signification / relation | Conditions / limites |
|---|---|---|
| Disposition | Position du rotor par rapport à la tour et au flux d'air. | Les termes « au vent » et « sous le vent » sont des définitions géométriques. |
| Influence potentielle | Perturbation idéalisée de l’écoulement due à un corps voisin | Il ne s’agit pas d’un sillage visqueux résolu. |
| Ombre de la tour. | Effet représenté du sillage en aval de la tour | Différent du sillage propre au rotor. |
| n/60 | Fréquence de répétition du passage dans la section, Hz | Ne fournit pas d'amplitude de force. |
| Réponse structurelle | Modes, amortissement et conditions aux limites. | Nécessaire au-delà de la fréquence d’excitation. |
Questions d’ingénierie.
Une tour peut-elle influencer un rotor au vent ?
L'écoulement dans les environs peut être perturbé en amont ; le modèle et la géométrie applicables déterminent sa représentation.
L'ombre du mât est-elle le sillage du rotor ?
Non, ils se réfèrent à des perturbations liées à différentes parties du système.
La valeur de 60 rpm s’applique-t-elle à un modèle MARSTON ?
Non, il s'agit d'une conversion de fréquence hypothétique.
La répétition B fois par tour est-elle toujours la seule fréquence de sollicitation ?
Non. La grandeur agrégée et la symétrie déterminent quelles composantes apparaissent.
Une charge périodique prouve-t-elle l’existence d’une résonance ?
Non. Les modes structurels, l’amortissement et l’excitation nécessitent leur propre analyse.
Est-ce que cela permet d'identifier un réel agencement de rotor ?
Aucune configuration de produit avec rotor au vent ou sous le vent n’est déclarée ici.
Demande technique
Discutons de la question technique.
La tour peut perturber l’écoulement rencontré par une pale en rotation. Communiquez le modèle et les informations de fonctionnement ou de conception applicables pour une discussion technique.