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• W37223587 abstract "ResumeCette recherche evalue, optimise et demontre experimentalement une nouvelle methode pour reduire la portance et augmenter la trainee d’une pale de turbine eolienne pour controler la puissance eolienne a des vitesses de vent elevees. La methode consiste a appliquerl’actionnement electro-fluidique du plasma pour accelerer la separation de la couche limite sur les pales d’eolienne. L’effet de l’actionnement plasma sur un profil a deux dimensions d’eoliennes est d’abord evalue numeriquement a de faibles nombres de Reynolds en utilisant un code commercial CFD auquel un modele de l’actionneur plasma est integre. Les resultats de ces simulations indiquent l’existence de conditions d’exploitation preferable pour l’actionneur plasma en termes de parametres tel que sa force, la vitesse non-perturbee et sa position sens de lacorde sur la pale. En ce qui concerne la force l’actionnement, il est constate qu’il existe un seuilde la force au-dela duquel il y a un saut soudain dans la reduction de portance obtenue. Un bond semblable a l’effet d’actionnement est observe lorsque le nombre de Reynolds non-perturbe est reduit en deca d’une certaine limite. L’existence de positions optimales pour l’actionneur plasmasur l’extrados de la pale est egalement observee. L’optimum est situe pres du bord de fuite de l’aile pour les angles d’attaque avant le decrochage et il est deplace en amont aux angles d’attaque pres du decrochage et depasses le decrochage. Toutes les simulations indiquent que laposition de l’actionneur plasma par rapport au point de separation de la couche limite est le facteur decisif a l’effet de l’actionneur sur la portance et la trainee. Ces simulations sont validees par des en soufflerie tests pour les memes conditions d’ecoulement en soufflerie. Les mesures en soufflerie de la portance et la trainee se trouvent principalement a etre coherents avec les resultats de simulations. Le logiciel CFX valide experimentalement est ensuite utilise pour simuler l’ecoulement a un Re realiste pour les applications eoliennes. Cette etude montre que le niveau actuel de la force d’actionnement plasma est incapable d’exercer une influence perceptible sur les performances d’une eolienne. La theorie de l’element de pale couplee a un bilan de quantite de mouvement est utilisee pour determiner la quantite de la chute de portance qui serait necessaire pour le fonctionnement a puissance nominale et cette exigence est comparee a l’impact de l’actuelle generation d’actionneurs plasma. Une tentative est faite pour estimer la force d’actionnement qui serait necessaire pour realiser la reduction de la puissance requise pour le fonctionnement nominal. Cette analyse montre qu’une force d’actionnement de deux ordres de grandeur serait necessaire pour que le concept fonctionne sans l’aide d’un autre moyen decontrole pour limiter la puissance des eoliennes.----------AbstractThis research evaluates, optimizes and experimentally demonstrates a new method to reduce the lift and increase the drag of a wind turbine blade for controlling the turbine power at high wind speeds. The method consists of applying electro-fluidic plasma actuation to acceleratethe separation of boundary layer on the wind turbine blade. The effect of plasma actuation on a two-dimensional wind turbine profile is first assessed numerically at low Reynolds numbers Re using a commercial CFD code to which a plasma actuator model is integrated. The results fromthese simulations indicate the existence of preferred operating conditions for the plasma actuator in terms of parameters such as its strength, the free-stream velocity and its chordwise position on the blade. With respect to the actuation strength, it is found that there exists a threshold strength beyond which there is a sudden jump in the lift reduction obtained. A similar jump in theactuation effect is observed when the free-stream Reynolds number is reduced past a certain limit. The existence of optimal positions for the actuator on the suction side of the blade is also observed. The optimum is situated near the airfoil’s trailing edge for a pre-stall angle of attackand it is displaced upstream at stall and post-stall angles of attack. All the simulations indicate that the position of the actuator relative to the point of separation of the boundary layer is the key element in the actuator’s effect on lift and drag. These simulations are validated by testing for the same flow conditions in wind tunnel. The wind tunnel measurements of lift and drag replicate thetrends seen in the simulations. The experimentally validated CFD tool is then used to simulate wind turbine flows at a realistic Reynolds number. This study shows that the current level of plasma actuation strength is incapable of exerting any discernable influence on the performanceof a wind turbine blade. The blade element momentum theory is used to determine the amount of lift drop that would be required for rated power operation and this requirement is compared with the impact of the current generation of plasma actuators. An attempt is made at estimating theactuation strength that would be necessary to bring about the power reduction required for rated operation. This analysis shows that actuator strength of two orders of magnitude higher would be required for the concept to work on its own to limit wind turbine power. This implies that it must be coupled with another method such as rotor speed control to have a realistic chance of application in the near future." @default.
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