Usine – Eolienne

En quelques mots

Les ingénieurs d’EOLIOS on réalisé les études CFD d’une usine de production d’éoliennes pour s’assurer de la maitrise climatique en conditions extrêmes.

Projet

Usine - Eolienne

Année

2022

Client

NC

Localisation

Danemark

Typologie

Génie Climatique - Industrie

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Description du projet

Conception de la diffusion d’air dans un atelier de production

Le système de diffusion représente la partie terminale et visible d’une installation de génie climatique. La diffusion d’air conditionne la réussite ou non de l’installation. En effet, elle influence la perception de l’occupant sur son confort et sa sensation de chaud ou de froid.

Mais le confort de l’occupant se retrouve également dans la qualité de son air intérieur et la diffusion d’air est étroitement liée à la qualité de l’air. Elle permet, lorsqu’elle est bien conçue, d’évacuer les polluants et de contribuer à l’élaboration d’un environnement sain pour l’occupant. D’autre part, le système de diffusion (génération de chaleur, de froid et le soufflage terminal) est l’une des premières sources de consommation d’énergie. Enfin, la diffusion d’air et le confort thermique sont également définis par la norme ISO 7730. Cette norme détermine des critères qualitatifs qui mesurent et évaluent les ambiances thermiques modérées. Il convient donc de se préoccuper du système utilisé pour diffuser l’air préparé en centrale ou sur une unité terminale de climatisation. Généralement on limitera les vitesses d’air dans les zones d’occupation a des valeurs inférieures à 0,2 m/s.

Maitrise climatique des grands volumes industriels : l'aéraulique au cœur des problématiques

Afin de répondre à ces exigences liées à la fois à la qualité de l’air, au confort thermique, à l’efficacité énergétique et à la maîtrise de l’hygrométrie, il est important de bien comprendre les mécanismes qui façonnent la structure de l’écoulement de l’air et de bien maîtriser les différents phénomènes physiques qui sont à l’origine des transferts de chaleur et d’humidité mis en jeu à l’intérieur du bâtiment

Nous proposons une approche capable de répondre à ces demandes via l’utilisation des codes CFD (Computational Fluid Dynamics) qui impliquent une solution numérique des équations régissant la physique de l’écoulement. La CFD est une technique d’analyse sophistiquée, elle permet d’étudier non seulement le comportement de l’écoulement des fluides, mais aussi le transfert de chaleur et d’humidité.

Dans ce contexte, il s’agit de simuler par le calcul numérique le comportement thermo aéraulique des différents phénomènes qui ont lieu dans le futur centre d’un future centre de conception d’éoliennes. La démarche et les résultats des études sont présentés dans les chapitres suivants.

Usine de production d'éolienne

Objectif de confort

Le confort de diffusion dans la zone d’occupation est caractérisé par les critères suivants :
▪ Absence de forte stratification de température dans la zone d’occupation.
▪ Une bonne qualité de l’air intérieur.
▪ Absence de courants d’air dans la zone d’occupation, ici l’objtectif est : <0,2 m/s sous 4m.

Création d’un modèle numérique d’étude

Sous modélisation des systèmes de diffusion d'air :

Systèmes sous modélisés en CFD pour intégration dans l'atelier

Simulation CFD des conditions climatiques dans l'atelier de production

Illustration d'étude CFD - usine - eolienne
Etude des vitesses de vent sous la toiture dans les zones d'implantation des éoliennes

Modélisation de l'évaporation en simulation CFD

Enjeux :

Maintenir un niveau d’humidité relative spécifique est indispensable pour le process de fabrication des éoliennes.

Développement d'une méthodologie spécifique pour intégration aux études CFD

Nous reprenons la méthodologie et les caractéristiques développées du calcul thermique (apports déperdition). Les valeurs intégrées au calcul CFD étant les valeurs simulées du projet.

Dans un modèle numérique, les éléments sont tels qu’on les décrit, et uniquement comme on les décrit. En matière d’enveloppe, cela conduit souvent à une perfection surréaliste : les matériaux sont parfaitement homogènes et parfaitement mis en oeuvre. Les seuls ponts thermiques sont ceux qui sont décrits, et il est au mieux très compliqué, sinon impossible d’anticiper tous les ponts thermiques (les ponts thermiques structurels et ceux liés au système d’attache sont généralement pris en compte ; les ponts thermiques dus à des percements ou passages de réseaux ne le sont généralement pas.)

Etude des vitesses de vent sous la toiture dans les zones d'implantation des éoliennes

Nous ne considérons pas d’autre source d’humidité que les systèmes.

Le gradient d’humidité spécifique est nul, car les surfaces sont imperméables (le flux d’humidité est nul). Rappelons que l’humidité relative est calculée à partir des paramètres suivants : température, pression et humidité spécifique. Les parois sont totalement opaques à la migration de vapeur. En effet, la quantité d’eau en migration dans les parois est faible pour l’échelle de temps considéré.

L’interface vapeur liquide est supposée dans l’équilibre thermodynamique, le changement de phase se produit dans des conditions de saturation (humidité relative de 100%).

Etude des vitesses de vent sous la toiture dans les zones d'implantation des éoliennes

Etude climatique

Les simulations CFD ont aidé aident à optimiser la conception d’un atelier de production de pales d’éoliennes en prédisant les conditions climatiques pour différents scénarios d’ingénierie. 

Ainsi, les études ont permis d’aider à améliorer lefficacité globale des processus de production et àduire les coûts. Elle à permis de visualiser la dynamique des fluides dans un atelier et de simuler des processus tels que la ventilation, le refroidissement et lévacuation des polluants. 

Synthèse vidéo de l'étude

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