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The vibration of wind turbine towers is relevant to the reliability of the wind turbine structure and the quality of power production. It produces both ultimate loads and fatigue loads threatening structural safety. This paper aims to reduce vibration in wind turbine towers using an active damper named the twin rotor damper (TRD). A single degree of freedom (SDOF) oscillator with the TRD is used to approximate the response of wind turbines under a unidirectional gusty wind with loss of the electrical network. The coincidence between the wind gust and the grid loss is studied to involve the maximum loading on the structure. The performance of the proposed damping system under the maximum loading is then evaluated on the state-of-the-art wind turbine NREL 5 MW. The effectiveness of the TRD is compared to a passive tuned mass damper (TMD) designed with similar requirements. The numerical results reveal that, at the 1st natural mode, the TRD outperforms the passive TMD by three to six times. Moreover, the results show that the TRD is effective in reducing ultimate loads on wind turbine towers.

Résumé :Notre étude porte sur l'amortissement d'une houle régulière par une plaque horizontale immergée en canal. L'interaction non-linéaire entre l'onde de gravité, la plaque et la surface libre conduit à un transfert d'une partie de l'énergie de la houle incidente vers ses harmoniques, ainsi qu'à la création périodique de tourbillons aux extrémités. Ainsi, un code de simulation en méthode particulaire SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) a été développé pour l'étude des interactions fluide-structure dans le domaine du génie côtier, permettant la mesure de données physiques très ciblées et souvent inaccessibles expérimentalement. Nativement, la méthode SPH est bien adaptée au suivi de déformations complexes d'interfaces, ce qui en fait un outil précis pour la modélisation de la houle jusqu'au déferlement. De nombreuses améliorations ont également été apportées afin d'améliorer la prise en compte d'écoulements à la dynamique plus lente (interaction houle-ouvrages marins). Une parallélisation efficace a d'ailleurs été développée, permettant la simulation d'écoulements bi-et tridimensionnels moyennant des temps de calcul raisonnables. Enfin, une nouvelle technique, inspirée de la méthode des frontières immergées, est employée pour la prise en compte des conditions aux limites de type adhérence sur les parois des ouvrages.

Un code particulaire SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) a été développé et amélioré pour tenir compte de l'action de la houle sur une plaque immergée. Le modèle non-visqueux est d'abord appliqué à la propagation d'une onde dans un canal et validé sur l'équation de dispersion. Le modèle est stabilisé par l'introduction d'un flux Rusanov dans l'équation de conservation de la masse, permettant de réduire la dissipation numérique. Le modèle des frontières immergées permet désormais d'accéder directement aux efforts subis par la plaque, pour des nombres de Reynolds modérés.

Résumé :Un outil numérique, de type SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics), a été développé dans le but de simuler l'interaction hydrodynamique entre la houle et des ouvrages portuaires ou côtiers, dotés de systèmes de récupération d'énergie marine. Nous nous intéressons plus particulièrement à la prédiction des pics de pression survenant lors de l'impact de vagues sur un ouvrage, afin de calculer les efforts auxquels la structure sera soumise. L'impact d'un soliton sur un mur vertical, adossé à une plage inclinée, a donc été simulé dans un canal à houle numérique, montrant ainsi la capacité du code à traiter ce type de problème. En faisant varier les paramètres d'entrée du batteur, nous avons retrouvé les différentes formes d'impacts mis en évidence par les expériences : aerated impact, flip through, air pocket et slosh impact. Afin d'étudier le lien entre la forme de l'interface et la dynamique de l'impact, un cas académique de "jet triangulaire" a été étudié de manière similaire à l'étude de . Plusieurs variantes de la méthode SPH (Rusanov-SPH, Delta-SPH, …) ont été testées en termes de stabilité et précision. Cela a conduit à une nette amélioration du calcul de la pression sur la paroi et de la trajectoire du jet tout en préservant le caractère lagrangien de la méthode. D'autres variantes de la méthode SPH, basées sur les schémas type ALE (Arbitraire Lagrange Euler) et les solveurs de Riemann permettent d'obtenir de bons résultats (GUILCHER et al., 2010, RAFIEE et al., 2013, moyennant des temps de calculs supérieurs. Les résultats obtenus ici sont comparés avec ceux d'une autre méthode numérique, de type VOF, ainsi qu'avec un modèle analytique.

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