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Conception et modélisation numérique d'un simulateur de mini-centrale hydroélectrique muni des turbines Francis, Pelton et Cross-Flow pour la caractérisation des performances de la cativation

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Kifumbi, Francis Mafuta (2018). Conception et modélisation numérique d'un simulateur de mini-centrale hydroélectrique muni des turbines Francis, Pelton et Cross-Flow pour la caractérisation des performances de la cativation. Mémoire. Rouyn-Noranda, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, École de génie, 127 p.

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Résumé

La production décentralisée de l’électricité d’origine renouvelable évolue de manière très significative et ne cesse d’augmenter de jour en jour réduisant ainsi la dépendance aux énergies qui nuisent à l’environnement et la production des gaz à effet de serre. Les grandes centrales hydrauliques sont difficiles à construire dû entre autres à la pénurie de sites et des restrictions environnementales à l’échelle mondiale. D’où la nécessité de développer des mini-centrales hydroélectriques ayant des plages de puissance de 0,5 à 5 MW. Dans le cadre de cette recherche, il s’agit de concevoir un simulateur numérique qui aide à l’étude des performances d’une mini-centrale hydroélectrique utilisant les turbines Francis, Cross-flow ou Pelton tout en identifiant les paramètres influençant la cavitation. Ce simulateur est composé d’un canal d’amené, d’un réservoir amont, d’une conduite forcée, des roues (Francis, Pelton ou Cross-flow) et d’un aspirateur. À partir des données de référence d’une hauteur brute de chute de 15 m, d’un débit de 25 m3/h et des vitesses de rotation de 1500 tr/min pour la roue Francis, 1400 tr/min pour la Pelton et 700 tr/min pour la Cross-flow, les paramètres géométriques des roues ont été déterminés en utilisant notamment les vitesses spécifiques, les diagrammes des turbines et les équations empiriques: la forme de l’aube, la hauteur des aubes, les diamètres des roues et l’épaisseur des aubes. En outre, les équations de continuité et de Navier-Stokes ont été utilisées pour étudier les écoulements des liquides dans les turbines et pour les caractériser. Ces équations sont résolues au moyen de la méthode des volumes finis à l’aide du code ANSYS-CFX. Les résultats des simulations numériques pour différentes conditions d’opérations en termes de hauteur nette, de puissance à l’arbre et du rendement, ont été comparés avec ceux prélevés sur les bancs d’essai des turbines HM 450C et HT 703 se trouvant dans le laboratoire de Turbomachines de l’École de génie afin de les valider. De plus, une étude paramétrique a été effectuée pour identifier les paramètres géométriques et opérationnels des composants dudit simulateur qui peuvent influencer la cavitation et les performances du modèle développé.

Type de document: Thèse (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse: Guyh, Dituba Ngoma
Mots-clés libres: Turbines Hydrauliques, Aubes, Augets, Bâche Spirale, Diffuseur, ANSYS-CFX, Mécanique Des Fluides Numérique (MFN)
Divisions: Sciences appliquées > Maîtrise en ingénierie
Date de dépôt: 26 juin 2018 19:16
Dernière modification: 26 juin 2018 19:16
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/770

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