Conception de turbine éolienneLa conception de turbines éoliennes est le processus de définition de la forme et des spécifications d'une éolienne afin d'extraire efficacement l'énergie du vent. Une installation d'éolienne intègre les équipements nécessaires pour capturer l'énergie du vent, orienter la turbine dans le vent, transformer la rotation mécanique en énergie électrique et d'autres systèmes pour démarrer, arrêter et contrôler la turbine. Cet article couvre la conception des turbines éoliennes à axe horizontal (HAWT) puisque la majorité des turbines commerciales utilisent cette conception.
Wind-turbine aerodynamicsThe primary application of wind turbines is to generate energy using the wind. Hence, the aerodynamics is a very important aspect of wind turbines. Like most machines, wind turbines come in many different types, all of them based on different energy extraction concepts. Though the details of the aerodynamics depend very much on the topology, some fundamental concepts apply to all turbines. Every topology has a maximum power for a given flow, and some topologies are better than others.
Mode normaldroite|vignette|248px|Visualisation d'un mode normal de vibration d'une peau de tambour, constitué d'une membrane circulaire souple attachée rigidement sur la totalité de ses bords. . Pour un système oscillatoire à plusieurs degrés de liberté, un mode normal ou mode propre d'oscillation est une forme spatiale selon laquelle un système excitable (micro ou macroscopique) peut osciller après avoir été perturbé au voisinage de son état d'équilibre ; une fréquence naturelle de vibration est alors associée à cette forme.
Dynamique des fluidesLa dynamique des fluides (hydrodynamique ou aérodynamique), est l'étude des mouvements des fluides, qu'ils soient liquides ou gazeux. Elle fait partie de la mécanique des fluides avec l'hydrostatique (statique des fluides). La résolution d'un problème de dynamique des fluides demande de calculer diverses propriétés des fluides comme la vitesse, la viscosité, la densité, la pression et la température en tant que fonctions de l'espace et du temps.
Hydraulique à surface librealt=Écoulement à surface libre rivière James (ressaut hydraulique).|vignette|Écoulement à surface libre rivière James (ressaut hydraulique). L’hydraulique à surface libre est la branche de l'hydraulique et de la mécanique des fluides qui s’intéresse aux écoulements de liquides dans un canal avec une surface libre. Un écoulement en surface libre désigne un écoulement avec une interface libre entre l’air et l’eau, comme dans une rivière, par opposition à un écoulement en charge, où cette interface est absente dans une conduite sous pression par exemple.
Compresseur axialLe compresseur axial est un type de compresseur mécanique dont le flux gazeux, de plus en plus comprimé, suit l'axe de rotation, et dont le fluide de sortie a un mouvement axial. Le compresseur axial génère un flux continu de gaz comprimé . Il est nécessaire d'avoir plusieurs étages de d'aubes pour obtenir des pressions élevées et des taux de compression équivalents à ceux d'un compresseur centrifuge. Un compresseur axial est composé d'éléments en rotation et d'éléments statiques: l'arbre central, guidé par des paliers et une butée, est composé d'anneaux composés eux-mêmes d'aubes rotoriques et statoriques.
Théorie des écoulements à potentiel de vitessevignette|Diagrammes plan d'écoulement des fluides autour d'un cylindre et d'un profil d'aile En mécanique des fluides, la théorie des écoulements à potentiel de vitesse est une théorie des écoulements de fluide où la viscosité est négligée. Elle est très employée en hydrodynamique. La théorie se propose de résoudre les équations de Navier-Stokes dans les conditions suivantes : l'écoulement est stationnaire le fluide n'est pas visqueux il n'y a pas d'action externe (flux de chaleur, électromagnétisme, gravité .
Écoulement de StokesUn écoulement de Stokes (ou écoulement rampant) caractérise un fluide visqueux qui s'écoule lentement en un lieu étroit ou autour d'un petit objet, dont les effets visqueux dominent alors sur les effets inertiels. On parle parfois de fluide de Stokes par opposition à fluide parfait. Il est en effet régi par une version simplifiée de l'équation de Navier-Stokes, léquation de Stokes, dans laquelle les termes inertiels sont absents.
Vibrationthumb Une vibration est un mouvement d'oscillation mécanique autour d'une position d'équilibre stable ou d'une trajectoire moyenne. La vibration d'un système peut être libre ou forcée. Tout mouvement vibratoire peut être défini par les caractéristiques suivantes : un degré de liberté ; deux ou plusieurs degrés de liberté ; Une masse libre dans l'espace a naturellement six degrés de liberté : trois translations (notées Tx, Ty, Tz) ; trois rotations (notées Rx, Ry, Rz).
Théorème de Bernoullivignette|Observations à l'aide d'un tube de Venturi illustrant le théorème de Bernoulli En mécanique des fluides, le est un principe de conservation de l'énergie sous certaines hypothèses de l'écoulement, établi en par Daniel Bernoulli. C'est un résultat historique dans le développement de la dynamique des fluides. S’il est initialement utilisé pour des fluides en circulation dans une conduite, il trouve un important champ d'application en aérodynamique.
Fluide incompressibleUn fluide incompressible est un fluide dont le volume est considéré comme constant quelle que soit la pression qu'il subit, tout fluide étant en réalité sensible à la pression. Par nature, tous les fluides sont compressibles, certains plus que d'autres, et en phase gazeuse considérablement plus qu'en phase liquide. La compressibilité d'un fluide mesure la variation de volume d'une certaine quantité de ce fluide lorsqu'il est soumis à une pression extérieure.
Débit (physique)Le débit est la quantité d'une grandeur qui traverse une surface donnée par unité de temps. Il permet de quantifier un déplacement de matière ou d'énergie. Le terme débit est le plus souvent associé au débit volumique : il quantifie alors le volume qui traverse une surface, une section, par unité de temps. Le débit massique caractérise la masse qui traverse la surface par unité de temps. Il s'agit de notions centrales dans une situation d'écoulement de fluide.
Onde stationnairevignette|redresse=2|Onde stationnaire résultant de la superposition d'ondes de sens inverse ; les points rouges sont les nœuds de vibration. En physique ondulatoire, une est une oscillation locale dans un milieu clos, qui ne se propage pas. On appelle les points où l'amplitude est nulle des nœuds de vibration, et ceux où l'amplitude est maximale des ventres de vibration. Dans un milieu à une dimension, comme un conducteur électrique ou un tuyau, elle est la résultante de la superposition d'ondes de même fréquence et de même amplitude mais de sens de propagation opposé .
Compresseur centrifugeLe terme « compresseur centrifuge » (aussi appelé « compresseur radial ») désigne un type de turbomachines à circulation radiale et à absorption de travail qui comprend des ventilateurs (soufflantes et extracteurs), et des compresseurs. Les pompes centrifuges, qui sont aussi des turbomachines, désignent des machines faisant circuler des liquides, fluides quasi-incompressibles, et ne sont donc pas des compresseurs (qui eux compriment des gaz compressibles avec changement de volume du gaz).
Turbinevignette|alt=|Rotors de turbines à vapeur de la centrale nucléaire de Philippsburg. Une turbine est un dispositif rotatif convertissant partiellement l'énergie interne d'un fluide, liquide (comme l'eau) ou gazeux (vapeur, air, gaz de combustion), en énergie mécanique au moyen d'aubes disposées sur un arbre tournant à grande vitesse. L'énergie entrante du fluide est caractérisée notamment par sa vitesse, sa pression, son enthalpie.
TurbomachineUne turbomachine est un mécanisme dans laquelle a lieu un transfert d'énergie entre une partie tournante (un rotor) et un fluide. vignette|Zantingh CO2 2004 Retour.
Ondevignette|Propagation d'une onde. Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales du milieu. Elle se déplace avec une vitesse déterminée qui dépend des caractéristiques du milieu de propagation. vignette|Une vague s'écrasant sur le rivage. Il existe trois principaux types d'ondes : les ondes mécaniques se propagent à travers une matière physique dont la substance se déforme. Les forces de restauration inversent alors la déformation.
Vent antitriptiqueLe vent antitriptique est un cas spécial d'un vent qui souffle sur des espaces restreints où les forces de Coriolis et centripète sont négligeables. Le calcul du vent se réduit alors à un équilibre entre la friction et le gradient de pression. Ce genre de vent se produit dans la couche limite dans des situations très précises de flux canalisé, comme dans le cas de vent dans une vallée étroite, de brise de mer ou du courant-jet de bas niveau.
Couche limitevignette|redresse=2|Couches limites laminaires et turbulentes d'un écoulement sur une plaque plane (avec profil des vitesses moyennes). La couche limite est la zone d'interface entre un corps et le fluide environnant lors d'un mouvement relatif entre les deux. Elle est la conséquence de la viscosité du fluide et est un élément important en mécanique des fluides (aérodynamique, hydrodynamique), en météorologie, en océanographie vignette|Profil de vitesses dans une couche limite.
VentLe vent est le mouvement d'une partie du gaz constituant une atmosphère planétaire située à la surface d'une planète. Les vents sont globalement provoqués par un réchauffement inégalement réparti à la surface de la planète provenant du rayonnement stellaire (énergie solaire) et par la rotation de la planète. Sur Terre, ce déplacement est essentiel à l'explication de tous les phénomènes météorologiques. Le vent est mécaniquement décrit par les lois de la dynamique des fluides, comme les courants marins.
