Simulation et modélisation de l’écoulement de jeu dans un compresseur axial

Résumé

Les ventilateurs sont utilisés dans plusieurs domaines. Leur nombre augmente, ce qui accroît la consommation globale d’énergie liée à leur emploi. Pour satisfaire cette demande, il devient nécessaire d’améliorer l’efficacité des ventilateurs, en utilisant des ventilateurs versatile et stable qui consomment moins d’énergie. Pour répondre à cette problématique, il est important de concevoir des machines qui fonctionnent hors point optimum. Il faut aussi améliorer la stabilité des ventilateurs, qui est liée à l’écoulement de jeu. On s’intéresse ici à l’écoulement de jeu dans un ventilateur axial. Le jeu est l’espace entre les pièces mobiles et les pièces fixes. L’écoulement au travers de cet espace a des effets inévitables et significatifs. La diminution du débit entrant fait apparaître des phénomènes instationnaires complexes dans le jeu, provoquant le décrochage de la machine. Il est nécessaire d’analyser et de comprendre les mécanismes qui dégradent ces performances. Les objectifs généraux de cette thèse sont le développement d’une modélisation fiable des sources de pertes en dehors du point de conception et l’amélioration de la connaissance des instationnarités en écoulement de jeu. À cet effet, les méthodes numériques en mécanique des fluides (ou Computational Fluid Dynamics CFD) s’appuyant sur une approche moyenne (RANS) et Hybride résolvant dans le temps et dans l’espace les échelles de la turbulence sont utilisées pour mieux prédire l’écoulement de jeu. La méthode RANS, moins coûteuse en termes de temps de calcul, permet d’accéder plus facilement aux champs stationnaires et estimer les pertes, mais limite l’analyse des structures tourbillonnaires présentes dans le jeu. La simulation aux grandes échelles (SGE) est alors un complément de la simulation RANS, car elle aide à détecter et à comprendre le système des tourbillons, leurs dynamiques et leurs interactions avec les pièces fixes ou mobiles, mais elle reste très coûteuse en termes de temps de calcul, donc l’approche Hybride reste une alternative sophistiquée pour étudier les instationnarités dans cette thèse. Les approches de simulation CFD Reynolds Average Navier-Stokes (RANS) et Shear Blended Eddy simulation (SBES) sont utilisées dans le cadre de ces travaux pour réaliser les calculs sur la grille et sur le ventilateur. Dans cette thèse, le modèle de Deveaux (2020) a été évalué et étendu aux points hors optimum sur la configuration VT, puis vérifié sur la configuration USI7, afin de répondre partiellement à la conception hors optimum. LaDMDpermet d’identifier des modes globaux en 2 fréquences 90 Hz et 180 Hz au point proche du décrochage. Ces fréquences sont associées aux instationnarités qui provoquent l’instabilité des machines.

Date	18 nov. 2024
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Marlène Sanjosé (Directeur(-trice))