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23/03/2011

Eole

Programme de calcul d'éolienne
(Ce programme est l'application des considérations exposées sur Idsurtou/Eoliennes)
Voici une vue expliquée de la page d'accueil du programme.

EOLE-F1.gif

(Cliquez sur l'image ci-contre pour l'agrandir à sa taille normale, 800 x 640 pixels)
(La taille réelle de l'mage du programme est 1000 x 708 pixels, ce qui implique, pour l'utilisateur, une définition d'écran = 1024 x 768 pixels minimale )



- Zone d'entrée des paramètres Dès la mise en route, le programme calcule l'eolienne en fonction des paramètres par défaut, et consigne paramètres et résultats dans la colonne "origine", à Droite de l'écran.
Vous pouvez changer:
- la vitesse de rotation, - la longueur de pale, - la largeur de pale HAUT, - la largeur de pale BAS, - l'épaisseur moyenne, - la vitesse du vent MINI (Réf.), - la vitesse du vent MAXI, - le nombre de pales de l'hélice, - l'angle d'incidence, - le CX,
Si un (ou plusieurs) de ces paramètres a été modifié, vous devez valider cette modification. Alors, une 2° colonne semblable à la 1° s'affiche avec un nouveau calcul, et les paramètres changés apparaissent sur fond rose.

- Pale d'hélice
La pale est divisée en 30 segments virtuels. La largeur de chacun est représentée, après calcul, en fonction de la surface offerte au vent. En déplaçant le curseur de la souris sur la pale, le graphique "Angles par segment" s'anime, ainsi que les "Résultats Segment N°.."

- Angles par segment
- Trait Bleu : Sa longueur représente la largeur de la pale. Son angle est celui déterminé par construction (influence nulle par vent Mini), augmenté de l'angle d'incidence
- Trait Vert : Son angle est celui correspondant au vent relatif.
- Trait Rouge : la largeur offerte au vent, de ce segment, résultat de la différence d'angles.

- Résultats Segment N°..
Ce tableau affiche les 10 valeurs calculées du segment N°.. (segment défini par le curseur se déplaçant sur la pale).

EOLE-F9.gif Ci-contre, le 9° item, le graphique du couple par segments de pale.
(Cliquez sur la vignette pour l'agrandir à sa dimension comme dans le programme, soit 820 x 730 pixels)

Sur ce graphique, le trait Rouge suit le curseur quand la touche Gauche de la souris est appuyée. Si on amène ce trait en bout d'un pavé, le texte suiveur indique la valeur du couple.

Tableau des Courbes
2 courbes = 1 - Puissance/Vitesse du Vent, avec limitation, 2- Puissance/Angle du pas, et un tableau résumant les résultats par segment

EOLE-F5.gif Ce double graphique est obtenu en cliquant sur le 1e item. La courbe du haut indique la puissance en fonction de la vitesse du vent, plafonnée à la valeur prédéfinie dans la zone rose de l'item (valeur modifiable). Celle du bas indique la valeur de l'angle d'incidence à donner aux pales pour obtenir la puissance indiquée, puis pour stabiliser la puissance à ce plafond, en fonction de la vitesse du vent.
Le curseur de la souris (touche gauche appuyée) déplace une ligne rouge verticale sur l'axe X des vitesses de vent. Au contact des courbes (puissance et angle), un curseur se positionne sur l'axe Y des puissances (en haut) et sur l'axe Y des angles (en bas)

EOLE-F7.gif Ce graphique en 3D (2e item) indique la puissance en fonction du vent et de l'angle d'incidence.
Si on promène le curseur sur les courbes, la vitesse du vent et la puissance sont visibles dans les petits cadres à Droite. Un trait vert sur l'axe des angles se positionne à la valeur de l'angle d'incidence donné à la pale pour ces conditions de fonctonnement. Les points rouges matérialisent l'incidence 0°


EOLE-F8.gif

Lorsqu'on teste une éolienne déja construite, on ne connait pas forcément le vent de référence qui a été utilisé pour calculer le "vrillage" de la pale. Ces mesures permettent de le retrouver.







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Téléchargez ce logiciel "EOLE.EXE" (Version 2) en cliquant sur "Eole" dans la zone BLEUE ci-contre. Laissez-moi aussi un petit mot pour me dire si vous avez aimé. Merci


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Commentaires

Ce logiciel est très intéressant pour débuter! Merci!

Écrit par : John | 25/08/2011

Merci beaucoup! Je fais un travail pour ma prépa, ou nous voulions faire en sorte de mettre une éolienne toujours face au vent. Il nous fallait justifier que l'idéal était que l'angle d'incidence soit aux environs de 0°, pour avoir un rendement maximum. Ce logiciel est idéal!

Écrit par : Isindael | 25/06/2012

Ce logiciel est absolument génial.
Voila enfin un moyen simple de calculer la puissance d'une éolienne. Il suffit d'entrer quelques données simples (diamètre, largeur des pale, vitesse du vent) pour avoir tout les résultats voulus. A croire les sites spécialisé dans l'éolien, il faudrait être ingénieur en aérodynamique ou en mécanique des fluides pour pouvoir se lancer dans le calcul éolien. Au moins avec cette méthode tout est abordable. Encore bravo!
Je ferais seulement une petite remarque sur un point de détail. Il semble qu'en entrant certains paramètres, le logiciel calcule une puissance d'éolienne supérieure à la puissance potentielle du vent. L'éolienne calculée aurait un rendement supérieur à 100 %. ce qui me semble curieux. Me serais-je trompé?

Écrit par : Jean-Pierre | 06/04/2014

Il suffit d'entrer des parmètres REALISTES
Attention aussi aux unités: la puissance potentielle est exprimée en MW, la puissance réelle en KW.
Mais le but de ce logiciel n'est pas de calculer au Watt près le rendement d'une éolienne, qui varie constamment avec la vitesse du vent, mais d'illustrer la METHODE de calcul présentée dans IDSURTOU, et constater l'action des paramètres.

Écrit par : emile | 07/04/2014

Je pense avoir entré des paramètres réalistes.
Pour préciser le problème, j'ai comparé les chiffres donnés par la fiche technique d'une éolienne existante (chiffres vérifiés par un organisme indépendant de certification) avec les valeurs calculées par le logiciel. Les résultats de puissance sont un peu différents, mais ces différences peuvent s'expliquer par le manque de précision sur certains paramètres.
J"ai ensuite utilisé le logiciel pour entrer comme nouveaux paramètres 9 pales (au lieu de 3 pour l'éolienne précédente). La puissance se trouve triplée.
Là ou les choses se compliquent, c'est que l'éolienne tripale existante à un rendement de 45% (ce taux de conversion de la puissance cinétique du vent en puissance mécanique réelle est lui aussi donné par l'organisme de certification). L'éolienne à 9 pales recalculée par le logiciel atteindrait alors une puissance de 135% de la puissance du vent ce qui semble incompréhensible.
Pour la question des unités, il semble logique d'utiliser le KW pour les petites puissances et le MW (1000 fois plus) pour les grosses puissances. Cela ne change pas les valeurs, mais rends l'écriture des données plus simples . Et ceci aussi bien lorsque l'on parle de la puissance potentielle du vent que de la puissance réelle d'une éolienne. Je ne comprends donc pas votre remarque. Pouvez-vous m'expliquer ce point?

Écrit par : Jean-Pierre | 07/04/2014

Je suis ravi d'apprendre que les résultats de puisance de mes calculs sont du même ordre de grandeur que ceux réellement mesurés sur une éolienne existante. Cette puissance est de l'ordre de grandeur de 1/1000 (= 0.1%) de la puissance disponible du vent (estimée suivant la méthode de la surface balayée par les pales).
Quand vous annoncez un rendement de 45%, on ne parle certainement pas du même rapport ! !
Je suppose que ce "rendement" est le rapport entre la puissance calculée avec un logiciel, et la puissance effective délivrée par l'éolienne. Ce n'es pas en faveur de ce logiciel !. Et vous osez critiquer le mien ?
En ce qui concerne la multiplication des pales, il est bien évident que tous les calculs se font pour UNE pale, le résultat est ensuite multiplié par le nombre de pales montées sur l'éolienne (un nombre raisonnable).
Quand vous annoncez 45% de rendement, le nombe de pales a DEJA été determiné dans le calcul. Le rendement restera, donc, toujours de 45%.

Écrit par : Emile | 08/04/2014

Je suis très étonné par votre rapport de 1/1000 entre la puissance d'une éolienne et la puissance disponible du vent (pour une surface donnée).

Pour un vent de 10 m/s la puissance cinétique du vent vaut 625 W par mètre carré (légèrement variable selon la densité de l'air). Des éolienne actuelles produisent couramment 250 W par mètre carré (pour cette vitesse de vent). Nous sommes alors dans un rapport de 0,4. Ces valeurs sont courantes et il s'agit, bien sur, de valeurs certifiées par des organismes indépendants. Comme je le disais précédemment, des machines atteignent 0.45 (rendement de 45%). Des machines anciennes de types pompes à eau tombent à 10/15% de rendement.
Votre rapport de 1/1000 donnerait une puissance par mètre carré de 0,6 W ce qui est insignifiant. L'éolien n'aurait pu se développer avec des productions aussi médiocres
Etes vous certain de ce rapport de 1/1000 ? Provient-il de sources sérieuses?

Écrit par : Jean-Pierre | 09/04/2014

Une erreur s'était glissée dans le calcul de la Puissace Potentielle, lui donnant une valeur très exagérée. Cette valeur se trouve maintenant ramenée à la réalité, soit 625 W/m² pour un vent de 10 m/s (PP =0.6 d S V3 1/2, où 0.6 est la limite de Betz, d = 1.25, S = 1 m², V3 = 10 m/s au cube ). Cette erreur était passée inapperçue, car ce n'est qu'une valeur indicative, et n'influe en aucune façon dans les calculs de puissance de l'éolienne. Je ne m'en étais donc pas préoccupé.

Vous avancez un rendement de 45%.?
Entrez les paramètres suivants:
longueur de pale = 30 m
largeur de pale Haut =1.5 m
largeur de pale Bas = 5 m
épaisseur haut = 0.1 m
épaisseur bas = 1 m
vent de Réf = 3 m/s,
Vent maxi = 10 m/s
incidence = 0°
Cz = 0.25
Cx = 0.15
( Il doit bien exister un profil doté de ces valeurs de Cz et Cx)
Le rapport P.réelle / P.potentielle = 754.5/1766= 42.7 %

Écrit par : Emile | 10/04/2014

En tenant compte de cette limite de 60% (puissance "théoriquement récupérable" qui est forcément inférieure à la puissance du vent) le calcul donne 375 W et non 625 W.
Cette valeur, qui n'a rien "d'indicative" (elle est calculable scientifiquement), permet de détecter des vendeurs d'éoliennes peu scrupuleux qui proposent des éoliennes dont la puissance serait supérieure à la puissance récupérable...

Par ailleurs, dans les paramètres que vous avez choisi, je ne vois pas le nombre de pales. Je comprends donc mal comment vous utilisez votre logiciel.

Écrit par : Jean-Pierre | 11/04/2014

Pour ce qui est des paramètres, il est bien évident que seuls sont mentionnés ceux qu'on modifie, les autres restent inchangés par rapport aux paramètres par défaut ( vitesse de rotation, nombre de pales)

Si on multiplie le nombre de pales par 3, on multiplie aussi la puissance par 3. Et c'est là l'intérêt d'un tel programme: c'est d'éviter de faire des frais à construire une telle éolienne qui s'avèrerait défectueuse à l'usage. Le bureau d'études devra alors modifier les paramètres de façon à retomber sur un résultat plus conforme. C'était mon idée quand je parlais de paramètres REALISTES (voir mon comm. du 07/04/2014)

Il est à noter aussi qu'un tel programme s'apparente à une modélisation. Ce n'est pas la réalité (qui impose ses lois naturelles). On peut sans peine faire dire à une modélisation tout ce qu'on veut. Ce ne sera jamais une preuve. La seule preuve valable, c'est l'expérimentation.

Écrit par : Emile | 12/04/2014

La seule preuve valable étant l'expérimentation, si vous n'avez fait aucune expérimentation, il serait logique de penser que vous proposez un logiciel dont les résultats ne reposent sur aucune preuve et qui peuvent tous être mis en doute.
Nos échanges ont permis de détecter un résultat incohérent (une éolienne dont la puissance serait supérieure à la puissance du vent...). Mais nous l'avons remarqué parce qu'il s'agissait d'un résultat "manifestement" incohérent.
Si le logiciel définit un rendement de 40% pour 3 pales et ensuite un rendement de 120% pour 9 pales, quel est, au juste, le mauvais résultat? Celui qui nous saute aux yeux (120%) ou celui que nous ne voyons pas (40%), ou les deux ? Pourquoi éliminer un résultat plutôt qu'un autre?

Écrit par : Jean-Pierre | 13/04/2014

Un programme gère une machine sans intelligence. Si l'utilisateur n'en a pas plus, et rentre en paramètres n'importe quoi, alors oui, le résultat sera incohérent. Dois-je inclure un garde-fou, limiter à 30 % le rendement ? De quel droit ? Je sais que c'est la mode, actuellement. Les gens sont tellement stupides, qu'il faut appliquer partout le "principe de précaution". Mais si un constructeur d'éoliennes est incompétent à ce point, il y a du souci à se faire pour l'avenir de son entreprise ! ! !
Mais, et je le répète une fois de plus pour ceux qui font semblant de ne pas comprendre, ce logiciel n'est qu'UNE METHODE DE CALCUL pour montrer l'action des paramètres, et ne prétend pas donner un résultat exact au watt près. Et l'utilisateur doit être capable d'interpréter correctement les résultats de ses modifications de paramètres.

Écrit par : Emile | 13/04/2014

A défaut de donner des résultats précis,votre logiciel doit "montrer l'action des paramètres". Votre logiciel montre (et calcule) que plus de pales donne plus de puissance. On voit bien là "l'action d'un paramètre".
Les pionniers Danois de l'éolien avaient montré dès les années 30, par l'expérimentation, que des éoliennes à rotation rapide et à pales peu nombreuses étaient plus puissantes que des éoliennes à pales nombreuses. Cette constatation sur l'action de ce paramètre (nombre de pales) allait à l'encontre de la première intuition qui fait penser que plus de pales donne plus de puissance.
Par la suite, par des calculs complexes et par d'autres expérimentations, cette simple constatation Danoise a été expliquée et quantifiée. Cela a conduit par la suite tout les fabricants de grandes éoliennes à limiter à 3 (voire moins) le nombre de pales mais à rechercher une grande vitesse de pale. Il est aujourd'hui facile de vérifier par l'observation des éoliennes existantes que l'augmentation de la puissance de ces éoliennes s'obtient par l'augmentation du diamètre des rotors (surface balayée) et non par l'augmentation du nombre de pales (qui donne le résultat inverse au dessus de trois pales dans les puissances de vent les plus courantes).
Ces principes de bases de l'éolien étant aujourd'hui clairement établis, calculés et utilisés, comment expliquez-vous que votre méthode de calcul et votre logiciel calculent une augmentation de puissance par l'augmentation du nombre de pales?
Il y a donc une contradiction complète entre l'expérimentation (qui, comme vous le dites, est la seule preuve valable) et votre propre compréhension d'une éolienne et de son fonctionnement (qui d'ailleurs ne repose sur aucune expérimentation).

Écrit par : Jean-Pierre | 13/04/2014

Mon logiciel calcule la puissance fournie par UNE pale. Pour avoir la puissance totale d'une éolienne multipales, on est bien obligé de multiplier par le nombre de pales. Je ne vois pas comment faire autrement. Mais peut-être avez-vous une solution à proposer?
Vous multipliez le calcul d'une pale performante par 9. Pourquoi pas par plus ? 20, 50, 100 ? Vous en serez d'autant plus ridicule, puisque vous dites que la plupart des éoliennes se limitent à 3 pales. Aurais-je dû limiter le nombre de pales à 4, par exemple? Mais je supposais que les utilisateurs de ce programme étaient des gens sensés. Je m'aperçois que j'ai fait erreur !

Après avoir bien réfléchi, je crois comprendre que, d'après vous, l'augmentation du nombre de pales ne devrait pas amener une augmentation de puissance ? C'est réalisable, au niveau programme. Il suffit que le programme modifie certains paramètres, comme la longueur de corde, par exemple, pour retomber à la même puissance quel que soit le nombre de pales. Mais n'est-ce pas plus intelligent de laisser ce soin au concepteur ?.
Notez qu'une réduction de puissance est déjà mise en oeuvre dans le 1° graphique, où la puissance est bridée à une valeur prédéterminée, en utilisant la modification de l'angle d'incidence pour contrer l'action trop violente du vent. (les éoliennes modernes sont toutes à pas variable, et gérées par informatique)
Cependant, on ne comprend pas pourquoi on voudrait augmenter le nombre de pales en réduisant les performances de chacune, les frais de construction augmentant alors sans gain de puissance .

Écrit par : Emile | 15/04/2014

Votre logiciel calcule la puissance pour une pale et multiplie par le nombre de pale.
Cette méthode de calcul suppose que les mêmes pales puissent être utilisées pour une bipale, une tripale, etc. Malheureusement, cela n'est pas possible efficacement.
A partir du moment ou un nombre de pale aura été choisi par un concepteur d'éolienne, toute la conception de l'éolienne sera déterminée par ce nombre de pale Chaque type de rotor à ses caractéristiques propres. L'une des plus importante est le vitesse spécifique qui détermine le rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent. Ce rapport est différent selon les éoliennes. Il est d'environ 7 pour une tripale performante ce qui signifie que pour ces machines l'extrémité de pale se déplace 7 fois plus vite que la vitesse du vent. Ce rapport est encore plus élevé pour une bipale (et il est plus faible pour une multipale).
Une éolienne multipale développe un couple de rotation supérieur, mais sa vitesse spécifique et sa vitesse de rotation seront inférieures (à diamètre égal).
En conséquence, une fois le nombre de pale choisi, le concepteur devra étudier un type de pale adaptée à cette vitesse spécifique. Une pale conçue pour une vitesse rapide et une pale conçue pour une vitesse lente auront des profils différents (de la même façon qu'une aile d'avion rapide aura un profil différent d'une aile d'avion lent). Donc, des pales performantes pour une bipale peuvent être médiocres pour une multipale.
L'idéal serait de pouvoir concevoir des éolienne ayant simultanément de grandes surfaces de pale (donc un couple élevé) et une vitesse de rotation élevée. La puissance, qui est le produit des deux, serait très élevée. Malheureusement, cumuler sur une même éolienne ses deux avantages est impossible. Il faut rechercher un compromis entre surface (donc couple) et vitesse. Dans l'état actuel des connaissances ce meilleur compromis est trouvé pour les tripales.
L'explication de l'impossibilité technique de cumuler surface élevée et vitesse rapide passe par des notions de mécanique des fluides et par des notions d'aérodynamisme extrêmement complexes. Pour simplifier disons que de grandes surfaces génèrent des traînées importantes incompatibles avec les grandes vitesses.

Votre logiciel aboutit parfois à des résultats impossibles (puissance de l'éolienne supérieure à la puissance du vent). Cela ne vient pas du fait qu'il serait mal utilisé, mais du fait qu'il ne tient pas compte de cette contradiction entre vitesse de pale et couple de rotation. Pour votre logiciel, l'augmentation du nombre de pale n'implique pas une moindre vitesse de rotation. Cette condition (qui serait pourtant favorable) n'est pas rencontrée en réalité.

Écrit par : Jean-Pierre | 16/04/2014

Bonjour,
j'ai essayé d'installer EOLE sur mon portable ( MAC avec windows sur virtual box)
mais le programme ne fonctionne pas!
J'ai vérifier la présence des ficiers ddl dans le WINDOWS32 et c'est ok.
Qu'en penssez-vous!
Merci
Cordialement

BOUSMAT Djamel

Écrit par : BOUSMT Djamel | 17/04/2014

Ce programme a été conçu pour PC. La compatibilité avec Mac, même avec l'émulation PC, n'est pas parfaite. Je regrette...

Écrit par : Emile | 18/04/2014

J'ai recherché dans l'article sur la méthode de calcul (qui ne permet pas les commentaires, même constructifs) d'ou venait provenir la contradiction entre les données calculées dans le logiciel et les données mesurées sur des éoliennes existantes.
Dans la partie "la pale d'éolienne" il est expliqué que "la pale se déplace perpendiculairement au vent" et que "la traînée n'a pas d'importance" dans le calcul.
Ces deux explications (qui sont totalement liées) serait vraies pour une pale immobile.
Dès que l'éolienne tourne le vent reçu par la pale change à la fois de vitesse et de direction. Il convient alors de calculer l'angle et la vitesse de ce vent pour en calculer les effets sur la pale (ces effets étant la portance et la traînée). On fait alors intervenir les notions de "vent vitesse" ou de "vent apparent" ou de "vent relatif" (il s'agit de la même chose, seule la terminologie change).
Cette variation de l'angle et de la vitesse du vent reçu par la pale suivant sa vitesse de rotation modifient le calcul de la portance (ce que fait le logiciel) mais aussi de la traînée.
Rappelons que la traînée est la force qui s'oppose au mouvement d'un corps dans un fluide et que la direction de cette force est à l'opposée à la direction de ce corps dans le fluide. En conséquence la pale en mouvement est d'autant plus freinée dans son déplacement qu'elle est rapide et volumineuse. Cette traînée va donc à l'encontre du but désiré qui est de créer une vitesse et un couple de rotation (d'ou découle la puissance de l'éolienne).
L'optimisation de la puissance de l'éolienne impose donc la recherche d'un compromis entre la portance (force utile) et la traînée (force nuisible). Ceci explique que les éoliennes rapides ont des pales fines pouvant se déplacer rapidement dans l'air (et créer ainsi une forte portance) sans créer des traînées trop importantes. Tout est dans ce compromis.

Écrit par : Jean-Pierre | 20/04/2014

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