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La turbine hydrolienne diffère de la turbine hydraulique type Kaplan du fait qu 'elle n'est pas en conduite forcée. L' étude de la turbine hydraulique type Kaplan en conduite forcée est détaillée dans les didacticiels et pages traitant des centrales hydrauliques.
Nous allons ici aborder la conception d'une turbine hydrolienne très basique en eau libre avec héliciel pour approfondir et optimiser ce projet vous pourrez lire l' article général traitant des hydroliennes.
Pour commencer , ouvrons un modèle d'hélice de type captage en utilisant le menu fichier..
Vérifier dans le menu "paramètres" si les paramètres de vitesse tangentielle introduite en amont (cas des turbines avec distributeur) et de dépression provoqué (cas des turbines hydrauliques avec aspirateur venturi) sont désactivés:(valeurs a zéro) sinon vous risquez de rencontrer des rendements anormaux:
Entrer la vitesse du courant dans lequel sera plongé notre hélice par exemple 2 m/sec:(nous laisserons le paramètre de vitesse de rotation pour l' instant car nous ne le connaissons pas)
Passons a la géométrie de notre hélice.Nous allons entrer les cotes de notre hélice dont voici le croquis:
Entrons le rayon en bout de pale de 63 mm et ajustons le rayon en pied de pale à 26 mm:
Entrons la corde au pied de pale(30 mm) et la corde en bout de pale 53 mm:
La vue schématique de la géométrie de pale doit ressembler à ceci:
Nous allons maintenant dans l' onglet "Optimiser" pour définir le nombre de pale et ensuite la vitesse de rotation:
Comme nous n' avons pas entré de vitesse de rotation, ou laissée celle par défaut, nous allons sans plus attendre lancer une recherche de la vitesse de rotation optimum pour cette géométrie d'hélice dans le courant de fluide paramètré (2 m/sec)
Notre hélice sera un bipale, nous allons donc modifier le nombre de pale jusqu'à 2:
Toujours dans l' onglet "Optimise", lançons maintenant une recherche de la vitesse de rotation nous offrant les meilleurs performances (rendement optimum) en cliquant sur "recherche de vitesse de rotation optimum pour hélice 2 pales"
Heliciel va incrémenter la vitesse de rotation jusqu'à obtention du rendement optimum pour cette géométrie de pale et cette vitesse de fluide.En fin de recherche il vous est demandé si vous désirez créer le modèle 3D, cliquez oui !
Voila le résultat, Heliciel a calculé le vrillage optimum pour cette configuration d'hélice. La vitesse de rotation optimum trouvée est de . Les résultats de puissance, couple rendement sont affichés et le modèle de pale en 3D est prêt
La puissance de cette turbine est relativement faible (20 watts environs) ceci est du a la faible vitesse du fluide (2 m/sec) qui nous procure une puissance cinétique de 42 watts. Dans ces conditions, la limite de betz ne nous permettra de capter que 25 watts dans le meilleur des cas .
Du fait des pales larges en bout provoquant de forte pertes de portance en bout de pale et donc un rendement de seulement 0.45 nous fait perdre encore de l'energie.Si l'hélice n'est pas carénée il faudrait avoir des pales plus effilées en bout, sinon cocher "carénage" dans le schéma de pale
.
L'hélice est re calculée en ignorant les pertes en bout de pales, les performances sont passées de 19.2 watts à 24 watts.On est pratiquement a la limite théorique de captage.
La puissance captée provient de la vitesse du fluide et de la surface captée, en admettant que la puissance recherchée pour cette hélice est de 1.5 kw et que la vitesse de rotation optimum du générateur est d' environ 5000 rpm, cherchons la vitesse de fluide qui nous permettra d' atteindre cette puissance .modifions la vitesse du fluide à 9 m/sec et lançons une recherche de vitesse optimum:
La puissance a l'arbre passe a 1.7 kw pour une vitesse de rotation optimum de 5500 tours/minute.Par contre la résistance des pales est insuffisante l' alarme de rupture signale que les élément 1 2 et 3 sont sous dimenssionnés.Une augmentation de la largeur de profil peut remédier a cela...Vous pouvez modifier votre géométrie, ou la vitesse du fluide, et relancer une recherche de vitesse optimum ou bien imposer une vitesse de rotation.
à chaque changement de paramètres vous pouvez décider de reconstruire et recalculer la pale (cliquer sur
)
, ou bien si vous désirez juste tester la pale a une vitesse différente sans modifier son vrillage(cliquer sur 
pas de reconstruction)
voila pour ce petit didacticiel de création d'hélice de captage d'énergie de type hydrolienne avec héliciel, a vous de rechercher les compromis correspondant au mieux a vos projets car cette hélice est loin d'etre optimisée (forte pertes en bout de pale du fait des largeur de bout de pale bien trop importantes). Pour optimiser, je vous invite a lire l' article complet sur les hydroliennes.
