TPE Éolienne

[invite17bdf716]

Bonjour,
Étant en 1ère S, j'ai un TPE à rendre sur les éoliennes mélangeant la SI (science de l'ingénieur) et la Physique-Chimie. Notre problématique est: comment améliorer les performances d'une éolienne? . Nous avons d'abord commencé à étudier les éoliennes dans leurs généralités aves les différents types, les différents composants, l'histoire... puis nous avons étudié l'aspect plus technique afin de comprendre les différents phénomènes physiques sur les pales ou pour le fonctionnement de la génératrice en séparant l'éolienne en 3 parties: la partie rotor+pale, la partie transmission avec le multiplicateur et enfin la partie génératrice. Tout cela à bien sur été réalisé dans le but d'améliorer l'éolienne. Nous avons donc choisi d'améliorer la partie rotor+pale car elle est plus accessible pour les élèves de 1ère que la génératrice.
Et c'est la que nous avons un petit problème en effet nous avions essayé d'accélérer la vitesse du vent avec un dispositif en forme d'entonnoir où le plus petit coté de l'entonnoir fait la taille du diamètre de l'éolienne: nous avons déjà placé la "lentille" en position entonnoir c'est à dire devant l'éolienne avec le plus grand coté devant et miracle l'éolienne produit légèrement plus d'électricité. Puis nous avons essayé différentes positions avant de retourner la lentille et de la placer derrière les pales avec le plus grand diamètre derrière et pareil l'éolienne produit encore plus que l'éolienne avec lentille en entonnoir(éolienne<éolienne+le ntille entonnoir< éolienne+lentille inversé derrière).
Mais le problème est le fait que nous arrivons pas à interpréter les résultats nous pensons que pour l'entonnoir c'est l'effet venturi qui accélère la vitesse du vent et que pour la lentille derrière c'est une dépression crée par l'air qui est dévié et qui créé une accélération mais tout cela reste très flou pour chacun. En effet,pourquoi deux dispositifs "contraire" ont des résultats similaires?

En espérant que vous puissiez nous aider
Merci d'avance pour vos réponses
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[albanxiii]

Bonjour,

Comme c'est indiqué ici http://forums.futura-sciences.com/tp...-tpe-tipe.html les questions de physique sont à poser en physique. Je déplace votre message.

Pour la modération.

[f6bes]

Bjr ,
Et sans vraiment des retours à la ligne...c'est pénible à lire.
Je ne suis pas allé jusqu'au bout de la demande.
Bonne journée

[phys4]

Mais le problème est le fait que nous arrivons pas à interpréter les résultats nous pensons que pour l'entonnoir c'est l'effet venturi qui accélère la vitesse du vent et que pour la lentille derrière c'est une dépression crée par l'air qui est dévié et qui créé une accélération mais tout cela reste très flou pour chacun. En effet,pourquoi deux dispositifs "contraire" ont des résultats similaires?

Bonjour,
Avec l'entonnoir sur l'arrière, cet entonnoir écarte les filets d'air autour et crée une dépression dans l'entonnoir qui aspire le courant sortant.
Au total une accélération du débit sur la petite section de l'entonnoir comme pour l'autre sens. Cette aspiration a un effet similaire à la compression produite de l'autre coté.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite17bdf716]

Merci de votre réponse,
Donc pour l'entonnoir sur l'arrière, c'est bien une dépression qui accélère le vent. Mais c'est justement l'entonnoir à l'avant le problème. La compression devrait ralentir le flux d'air?

[phys4]

La compression a lieu à l'entrée de l'entonnoir avant, et cette pression entraine un accroissement de vitesse vers la sortie de plus faible diamètre.

[calculair]

Bonjour,

Vous devriez vous poser la question d'ou vient l'énergie des veines d'air traversant l'éolienne. La conservation de l'énergie est un principe fondamental inviolable...

L'entonnoir ne génère aucune énergie ...

Dans une veine d'air il ne peut y avoir q'un échange d'énergie entre pression de l'air et sa vitesse.

Je vous conseille de regarder le théorème de Bernouilli qui vous expliquera comment cela se passe. Cet effet Bernouilli est notamment à l'origine de l'effet venturi.

Par ailleurs pour extraire de façon optimale l'énergie du vent, il faut adapter les pales de l'éolienne (Pas et peut être aussi la surface) aux conditions de vent ( vitesse et pression peut être).

[invite17bdf716]

Merci de votre réponse calculair,

L'énergie cinétique du vent : Ec=(1/2).m.v^2 et la force de portance exercée sur la pale est Fp = 1⁄2 μ S V^2 Cp (Cp est le coefficient de portance selon l'angle de la pale).

Du coup à l'entrée de l'entonnoir, il y a une pression importante et une vitesse faible, mais à la sortie il y a une pression faible et une vitesse importante (Bernoulli).

L'énergie cinétique du vent est donc la même à l'entrée et à la sortie de l'entonnoir mais la force de portance varie car elle prend plus en compte la vitesse que la masse volumique.

Et pour l'entonnoir derrière c'est exactement pareil sauf que la différence de pression et donc de vitesse est plus importante.

[calculair]

Vous connaissez sans doute la limite de Betz :https://fr.wikipedia.org/wiki/Limite_de_Betz.

Lorsque la pression de l'air diminue ét la vitesse augmente dans les effets venturi ( Bernoulli ) la densité de l'air diminue. Ce qui reste constant est le débit massique de l'air dans la veine d'air.

Je crois que pour extraire la puissance max de la veine d'air il faut rechercher de grande vitesse d'air

Merci de votre réponse calculair,

L'énergie cinétique du vent : Ec=(1/2).m.v^2 et la force de portance exercée sur la pale est Fp = 1⁄2 μ S V^2 Cp (Cp est le coefficient de portance selon l'angle de la pale).

Du coup à l'entrée de l'entonnoir, il y a une pression importante et une vitesse faible, mais à la sortie il y a une pression faible et une vitesse importante (Bernoulli).

L'énergie cinétique du vent est donc la même à l'entrée et à la sortie de l'entonnoir mais la force de portance varie car elle prend plus en compte la vitesse que la masse volumique.

Et pour l'entonnoir derrière c'est exactement pareil sauf que la différence de pression et donc de vitesse est plus importante.

[phys4]

Attention, la limite de Betz s'applique au plus grand diamètre du montage, c'est ce qui explique que votre entonnoir vous permet de gagnar de la puissance.

Vous connaissez sans doute la limite de Betz :https://fr.wikipedia.org/wiki/Limite_de_Betz.

[invite17bdf716]

Pour conclure, le vent a la même énergie cinétique en chaque point dans l'entonnoir.

Le débit massique est le même à l'entrée de l'entonnoir qu'à la sortie

Cependant, la pression de l'air est plus faible à la sortie

La vitesse de l'air est plus importante à la sortie.

Ceci s'explique grâce à venturi (Bernoulli) : "Si un fluide s'écoule dans une canalisation son débit (volume transitant à travers une surface par unité de temps) est constant. Si la canalisation s'élargit, alors la vitesse diminue (puisque le débit est le produit de la vitesse par la section, les deux varient à l'inverse). Le théorème de Bernoulli nous indique alors que la pression augmente. À l'inverse, si la canalisation se rétrécit, le fluide accélère et sa pression diminue. On qualifie ce dispositif expérimental de tube de Venturi."