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.
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