Implementation of an OpenFOAM Numerical Wave Tank for Wave Energy Experiments

A numerical wave tank (NWT) can be a useful tool for wave energy experiments. This paper outlines the implementation of a NWT using the open-source computational fluid dynamics (CFD) software, OpenFOAM. In particular, the paper focusses on an NWT designed for experiments involving rigidbody type wave energy converters (WECs), using OpenFOAM version 2.3.0

Improving a BEM Yaw Model Based on NewMexico Experimental Data and Vortex/CFD Simulations

Les travaux présentés ici ont pour but d'évaluer la capacité de différents modèles à reproduire le sillage ainsi que les efforts sur les pales d'une éolienne testée en soufflerie dans le cadre du projet MexNext (IEA Wind), et améliorer un modèle BEM (Blade Element Momentum) par l'analyse des résultats. Deux solveurs développés en interne à IFPEN (AeroDeeP, CASTOR), basés sur les méthodes BEM (Blade Element Momentum) et vortex ainsi qu'un modèle CFD-AL (Computational Fluid Dynamics - Actuator Line) open-source, SOWFA, basé sur l'outil OpenFOAM ont été mis en oeuvre. Les principaux résultats sont donnés ci-après : la BEM permet d'obtenir des résultats proches des méthodes ?avancées"", même pour le cas en dérapage. Pour ce faire, un nouveau modèle a été introduit. Bien que les essais ne soient pas parfaitement reproduits, ce modèle simple améliore nettement les résultats. Dans le sillage, la méthode vortex permet d'obtenir des résultats très proches des mesures du fait de la faible diffusion du modèle

Développement d'un modèle de simulation déterministe pour l'étude du couplage entre un écoulement atmosphérique et un état de mer

Modelling the dynamic coupling of ocean-atmosphere systems requires a fundamental and quantitative understanding of the mechanisms governing the wind-wave interactions: despite numerous studies, our current understanding remains quite incomplete and, in certain conditions, sparse field observations contradict the usual theoretical and stochastic models.Within the context of a growing exploitation of the offshore wind energy and the development of metocean models, a fine description of this resource is a key issue. Field experiments and numerical modelling have revealed that atmospheric stability and wave effects, including the dynamic sea surface roughness, are two major factors affecting the wind field over oceans. A numerical tool has been implemented in order to study the coupling between an atmospheric flow and the sea state. A massively parallel large-eddy simulation developed by P. Sullivan at the National Center for Atmospheric Research is then coupled to a High-Order Spectral wave model developed at the Hydrodynamics, Energetics & Atmospheric Environment Laboratory in Ecole Centrale de Nantes.Numerous configurations of wind and sea states are investigated. It appears that, under strongly forced wind conditions above a small sea state, the semi-empirical laws referred to as standards in the international guidelines are a good approximation for the vertical profile of the mean wind speed. However, for light winds overlying fast-moving swell, the presence of a wave-induced wind jet is observed, invalidating the use of such logarithmic laws.La physique de la couche limite atmosphérique en domaine océanique est principalement régie par les processus couplés liés au vent, à l’état de mer local, et à des effets de flottabilité. Leur compréhension reste néanmoins parcellaire et leurs descriptions théoriques et stochastiques sont pour le moins lacunaires, lorsqu’elles ne sont tout simplement pas mises à mal par les rares observations.Dans un contexte d’exploitation croissante de la ressource éolienne offshore, la mise en place de méthodes numériques visant à une description plus fine des propriétés turbulentes de cette couche limite sera une étape déterminante dans la réduction des coûts et l’optimisation des structures pour des rendements de récupération d’énergie améliorés. Ainsi, un outil numérique a été mis en place afin d’étudier le couplage entre un écoulement atmosphérique et l’état de mer. Un code Large-Eddy Simulation massivement parallèle pour la simulation des écoulements atmosphériques incompressibles développé par P. Sullivan au National Center for Atmospheric Research est couplé à un code spectral d’états de mer non-linéaires développé au Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Energétique et Environnement Atmosphérique.De nombreuses configurations de vents et d’états de mer sont modélisées. On montre que les lois semi-empiriques souvent utilisées pour représenter la distribution verticale de la vitesse moyenne du vent sont une bonne approximation dans les situations où un petit état de mer est soumis à un fort vent. Néanmoins, dans le cas de houles très rapides se propageant dans des zones de faible vent, la création d’un jet de vent par la houle invalide ces lois semi-empiriques

Development of a deterministic numerical model for the study of the coupling between an atmospheric flow and a sea state

La physique de la couche limite atmosphérique en domaine océanique est principalement régie par les processus couplés liés au vent, à l’état de mer local, et à des effets de flottabilité. Leur compréhension reste néanmoins parcellaire et leurs descriptions théoriques et stochastiques sont pour le moins lacunaires, lorsqu’elles ne sont tout simplement pas mises à mal par les rares observations. Dans un contexte d’exploitation croissante de la ressource éolienne offshore, la mise en place de méthodes numériques visant à une description plus fine des propriétés turbulentes de cette couche limite sera une étape déterminante dans la réduction des coûts et l’optimisation des structures pour des rendements de récupération d’énergie améliorés. Ainsi, un outil numérique a été mis en place afin d’étudier le couplage entre un écoulement atmosphérique et l’état de mer. Un code Large-Eddy Simulation massivement parallèle pour la simulation des écoulements atmosphériques incompressibles développé par P. Sullivan au National Center for Atmospheric Research est couplé à un code spectral d’états de mer non-linéaires développé au Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Energétique et Environnement Atmosphérique. De nombreuses configurations de vents et d’états de mer sont modélisées. On montre que les lois semi empiriques souvent utilisées pour représenter la distribution verticale de la vitesse moyenne du vent sont une bonne approximation dans les situations où un petit état de mer est soumis à un fort vent. Néanmoins, dans le cas de houles très rapides se propageant dans des zones de faible vent, la création d’un jet de vent par la houle invalide ces lois semi-empiriques.Modelling the dynamic coupling of ocean-atmosphere systems requires a fundamental and quantitative understanding of the mechanisms governing the windwave interactions: despite numerous studies, our current understanding remains quite incomplete and, in certain conditions, sparse field observations contradict the usual theoretical and stochastic models. Within the context of a growing exploitation of the offshore wind energy and the development of met ocean models, a fine description of this resource is a key issue. Field experiments and numerical modelling have revealed that atmospheric stability and wave effects, including the dynamic sea surface roughness, are two major factors affecting the wind field over oceans. A numerical tool has been implemented in order to study the coupling between an atmospheric flow and the seastate. A massively parallel large-eddy simulation developed by P. Sullivan at the National Center for Atmospheric Research is then coupled to a High-Order Spectral wave model developed at the Hydrodynamics,Energetics & Atmospheric Environment Laboratory in Ecole Centrale de Nantes. Numerous configurations of wind and sea states are investigated. It appears that, under strongly forced wind conditions above a small sea state, the semi-empirical laws referred to as standards in the international guidelines are a good approximation for the vertical profile of the mean wind speed. However, for light winds overlying fast-moving swell, the presence of a wave induced wind jet is observed, invalidating the use of such logarithmic laws

L’expérimentation nationale des projets sociaux de territoire

Esposto Michèle, Cathelain Marie-Agnès, Desroziers Eric. L’expérimentation nationale des projets sociaux de territoire. In: Recherches et Prévisions, n°81, 2005. Territoires, action sociale et développement. pp. 90-96

Implementation of an OpenFOAM Numerical Wave Tank for Wave Energy Experiments

A numerical wave tank (NWT) can be a useful tool for wave energy experiments. This paper outlines the implementation of a NWT using the open-source computational fluid dynamics (CFD) software, OpenFOAM. In particular, the paper focusses on an NWT designed for experiments involving rigidbody type wave energy converters (WECs), using OpenFOAM version 2.3.0

Présentation du flotteur PICCOLO (Profiling Instrument to Check if the wind Curvature is Only Logarithmic on the Ocean)

International audienc

Implementation of an OpenFOAM Numerical Wave Tank for Wave Energy Experiments

A numerical wave tank (NWT) can be a useful tool for wave energy experiments. This paper outlines the implementation of a NWT using the open-source computational fluid dynamics (CFD) software, OpenFOAM. In particular, the paper focusses on an NWT designed for experiments involving rigidbody type wave energy converters (WECs), using OpenFOAM version 2.3.0

Implementation of an OpenFOAM Numerical Wave Tank for Wave Energy Experiments

A numerical wave tank (NWT) can be a useful tool for wave energy experiments. This paper outlines the implementation of a NWT using the open-source computational fluid dynamics (CFD) software, OpenFOAM. In particular, the paper focusses on an NWT designed for experiments involving rigidbody type wave energy converters (WECs), using OpenFOAM version 2.3.0

The Actuator Line Method in the Meteorological LES Model Meso-NH to Analyze the Horns Rev 1 Wind Farm Photo Case

International audienceThe offshore wind market is expected to see massive growth worldwide in the next decade. Recent research in this sector has led to a new generation of wind turbines characterized by larger rotors and higher capacity factors. Furthermore, the trend is to develop larger and denser wind farms which leads to potential deeper interactions with the troposphere. In order to provide an accurate modeling of the processes between the wind turbines, the surface and the atmospheric boundary layer, a new numerical tool has been developed. The ALM has been implemented into the opensource non-hydrostatic mesoscale atmospheric model Meso-NH used in the Large-Eddy Simulation (LES) framework. First, the tool is validated by comparing simulated results with data acquired during the New MEXICO experiments. In particular, good correlation are obtained for normal and tangential loads along the blades and the axial PIV traverse of instantaneous wind velocity components. Once the tool is validated, its ability to reproduce the Horns Rev 1 photo case is evaluated, since it is an emblematic case of wind farm-atmosphere interaction. Simulation output are post-processed using a render algorithm, resulting in synthetic images of cloud radiance. These images show great similarity with the photographs taken. All the results highlight the capacity of this new tool to represent interactions between wind farms and the lower atmosphere with a high level of details