Séance
Comment améliorer les performances de l’hydrolienne ?
Dans la phase de conception, le choix des formes utilisées pour modéliser la turbine d’une hydrolienne a une grande incidence sur les performances et le rendement de la machine. Par exemple, la forme du bulbe de la turbine doit faire l’objet d’une étude hydrodynamique poussée afin d’optimiser le fonctionnement de l’hydrolienne. En s’appuyant sur une simulation 3D, les élèves interprètent des résultats et en tirent des conclusions. Dans un deuxième temps, ils réalisent une modélisation simple pour comprendre, formaliser, partager, construire, investiguer, prouver…
Simulation
- 15 min -
- Modalité mixte - Simuler
Activité de l’élève
Dans la phase de conception, le choix des formes utilisées pour modéliser la turbine d’une hydrolienne a une grande incidence sur les performances et le rendement de la machine. Chaque pièce dessinée passe une série de tests de mécanique des fluides. Cette activité propose de visionner les tests hydrodynamiques d’un bulbe d’une hydrolienne. L’élève identifiera le profil (cylindrique ou hémisphérique) qui perturbe le moins la vitesse du courant marin.Consigne
Observez la simulation hydrodynamique sur les bulbes de l’hydrolienne.
En utilisant les échelles de couleurs et le document d’accompagnement, identifiez le profil (cylindrique ou hémisphérique) qui perturbe le moins la vitesse du courant marin.
Pour concevoir une hydrolienne performante, il est nécessaire d’effectuer des tests hydrodynamiques. Chaque pièce dessinée fait l’objet de simulations numériques permettant de valider ou non la solution constructive. Cette simulation hydrodynamique, réalisée avec Solidworks Flow Simulation, permet d’interpréter le comportement de l’objet technique dans un écoulement simulant la vitesse des courants marins, et ainsi d’analyser les performances hydrodynamiques de deux types de profils de bulbe de turbine. La lecture est simplifiée par une échelle de couleurs explicite....Fichiers à télécharger
etincel_mission_ocean_simulation_hydraulique-720p.mp4 [mp4 - 32.62 MB]
Astuce pour l’élève
Repérez les différentes couleurs associées à la vitesse d’écoulement du courant marin.Rôle de l’enseignant
Aider les élèves à interpréter la simulation hydrodynamique.Conseil à l’enseignant
Télécharger la vidéo en local.Production attendue
Rapport technique oral (une trace écrite peut être aussi envisagée) : en s’appuyant sur une simulation 3D, l’élève interprète des résultats et en tire des conclusions. Il est capable de valider une solution constructive (de conception). Son argumentation prend appui sur les valeurs affichées sur la simulation (ici la vitesse des courants marins en m/s). Il est en mesure d’interpréter la nature de l’écoulement en fonction des formes constructives proposées (présence de turbulences).Production
- 35 min -
- Modalité mixte - Créer
Activité de l’élève
Il s’agit de réaliser une modélisation du profil du bulbe le plus performant sur logiciel de CAO 3D.Consigne
Au préalable : se familiariser avec l’interface du logiciel de CAO 3D.
Réalisez la modélisation volumique du bulbe de l’hydrolienne en respectant les contraintes dimensionnelles figurant sur le dessin de définition fourni par le professeur (fiche « Modélisation 3D »).
Astuce pour l’élève
Repérez les différentes cotes à respecter avant de commencer le travail de modélisationRôle de l’enseignant
Aider les élèves à identifier les cotations qui interviennent dans la modélisation volumique de la pièce manquante. Demander quelle est la forme géométrique finale à concevoir.Conseil à l’enseignant
Au préalable, faire une démonstration au vidéoprojecteur d’une modélisation 3D (esquisse/bossage-extrusion/congés/révolution...).Production attendue
Réalisation d’une modélisation volumique simple en respectant les contraintes dimensionnelles mentionnées sur un plan.Conclusion
Pour concevoir une hydrolienne performante, il est nécessaire d’effectuer des tests hydrodynamiques. Chaque pièce dessinée fait l’objet de simulations numériques permettant de valider ou non la solution constructive. Dans cette séance, l’analyse des performances hydrodynamiques des deux profils de bulbe de turbine a été simplifiée grâce à une animation utilisant une échelle de couleurs explicite. L’animation hydrodynamique permet d’interpréter le comportement de l’objet technique dans un écoulement simulant la vitesse des courants marins. Ce test permet de choisir une solution constructive plutôt qu’une autre. La modélisation en 3D de cette solution (ici la conception d’un bulbe hémisphérique) permet de comprendre, formaliser, partager, construire, investiguer, prouver...