CONTRIBUTION A L'ANALYSE DE L'ECOULEMENT DANS UN COMPRESSEUR CENTRIFUGE TRANSSONIQUE AVEC PALES INTERCALAIRES PDF Download
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UNE ANALYSE DU CHAMP AERODYNAMIQUE A L'AMONT ET A L'INTERIEUR DE LA ROUE MOBILE D'UN COMPRESSEUR CENTRIFUGE TRANSSONIQUE AVEC PALES INTERCALAIRES CONCU ET REALISE PAR TURBOMECA A ETE MENEE A PARTIR DE RESULTATS OBTENUS PAR VELOCIMETRIE LASER L2F - 2D. ELLE A COMPORTE TROIS PHASES ESSENTIELLES : L'EXPERIMENTATION, L'ETUDE ANALYTIQUE ET LA CONFRONTATION DES RESULTATS EXPERIMENTAUX AVEC DIFFERENTES SIMULATIONS NUMERIQUES : CADET ET CANARI DEVELOPPEES PAR L'ONERA. LA TECHNIQUE D'ANALYSE A CONSISTE EN L'APPLICATION DE MODELES ANALYTIQUES, NOTAMMENT LE MODELE COUPLE DE STARKEN QUI A PERMIS DE CONFORTER ENTRE AUTRE, LA FIABILITE DES MESURES EN AMONT DE LA ROUE MOBILE. PAR CONTRE LE MODELE D'ECHELLE DE SIMILITUDE DE CHEN POUR LE JEU N'EST PAS VALIDE EN CONFIGURATION D'ECOULEMENT HAUTE VITESSE. DANS CETTE ETUDE, PLUSIEURS STRUCTURES D'ECOULEMENT ONT ETE MISES EN EVIDENCE. LA CONFIGURATION DE CHOC AU BORD D'ATTAQUE DES AUBES PRINCIPALES EST QUASI-ATTACHEE. UN PHENOMENE CARACTERISTIQUE DES ECOULEMENTS EN COMPRESSEUR TRANSSONIQUE A ETE OBSERVE. DANS LA PARTIE INDUCTRICE, L'ECOULEMENT EST DOMINE PAR LES EFFETS POTENTIELS, TANDIS QUE DANS LA PARTIE QUASI-RADIALE, LES EFFETS VISQUEUX SONT PREPONDERANTS. GRACE A DES CALCULS D'ORDRE DE GRANDEUR DES DIFFERENTS TERMES DE L'EQUATION DE TRANSPORT DE LA VORTICITE #S, LA MISE EN EVIDENCE DE LA PREDOMINANCE DE LA FORCE DE CORIOLIS, DANS CETTE MACHINE, EST ETABLIE. DES ZONES DE DEFICIT DE VITESSE MERIDIENNE SONT DETERMINEES ET RESULTENT DE L'ACCUMULATION DE FLUIDE A FAIBLE ENERGIE INDUITE PAR CES STRUCTURES TOURBILLONNAIRES ET NON D'UN DECOLLEMENT TRIDIMENSIONNEL DES COUCHES LIMITES COMME DECRIT DANS LA STRUCTURE CLASSIQUEMENT DENOMEE JET/SILLAGE. LEUR LOCALISATION DANS LE PASSAGE INTER-AUBES SEMBLE FORTEMENT LIE AUX EFFETS DE JEU.
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UNE ANALYSE DU CHAMP AERODYNAMIQUE A L'AMONT ET A L'INTERIEUR DE LA ROUE MOBILE D'UN COMPRESSEUR CENTRIFUGE TRANSSONIQUE AVEC PALES INTERCALAIRES CONCU ET REALISE PAR TURBOMECA A ETE MENEE A PARTIR DE RESULTATS OBTENUS PAR VELOCIMETRIE LASER L2F - 2D. ELLE A COMPORTE TROIS PHASES ESSENTIELLES : L'EXPERIMENTATION, L'ETUDE ANALYTIQUE ET LA CONFRONTATION DES RESULTATS EXPERIMENTAUX AVEC DIFFERENTES SIMULATIONS NUMERIQUES : CADET ET CANARI DEVELOPPEES PAR L'ONERA. LA TECHNIQUE D'ANALYSE A CONSISTE EN L'APPLICATION DE MODELES ANALYTIQUES, NOTAMMENT LE MODELE COUPLE DE STARKEN QUI A PERMIS DE CONFORTER ENTRE AUTRE, LA FIABILITE DES MESURES EN AMONT DE LA ROUE MOBILE. PAR CONTRE LE MODELE D'ECHELLE DE SIMILITUDE DE CHEN POUR LE JEU N'EST PAS VALIDE EN CONFIGURATION D'ECOULEMENT HAUTE VITESSE. DANS CETTE ETUDE, PLUSIEURS STRUCTURES D'ECOULEMENT ONT ETE MISES EN EVIDENCE. LA CONFIGURATION DE CHOC AU BORD D'ATTAQUE DES AUBES PRINCIPALES EST QUASI-ATTACHEE. UN PHENOMENE CARACTERISTIQUE DES ECOULEMENTS EN COMPRESSEUR TRANSSONIQUE A ETE OBSERVE. DANS LA PARTIE INDUCTRICE, L'ECOULEMENT EST DOMINE PAR LES EFFETS POTENTIELS, TANDIS QUE DANS LA PARTIE QUASI-RADIALE, LES EFFETS VISQUEUX SONT PREPONDERANTS. GRACE A DES CALCULS D'ORDRE DE GRANDEUR DES DIFFERENTS TERMES DE L'EQUATION DE TRANSPORT DE LA VORTICITE #S, LA MISE EN EVIDENCE DE LA PREDOMINANCE DE LA FORCE DE CORIOLIS, DANS CETTE MACHINE, EST ETABLIE. DES ZONES DE DEFICIT DE VITESSE MERIDIENNE SONT DETERMINEES ET RESULTENT DE L'ACCUMULATION DE FLUIDE A FAIBLE ENERGIE INDUITE PAR CES STRUCTURES TOURBILLONNAIRES ET NON D'UN DECOLLEMENT TRIDIMENSIONNEL DES COUCHES LIMITES COMME DECRIT DANS LA STRUCTURE CLASSIQUEMENT DENOMEE JET/SILLAGE. LEUR LOCALISATION DANS LE PASSAGE INTER-AUBES SEMBLE FORTEMENT LIE AUX EFFETS DE JEU.
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ETUDE THEORIQUE DE L'ECOULEMENT DANS UN COMPRESSEUR A TAUX DE COMPRESSION ELEVE, OBTENU PAR AUGMENTATION DU NOMBRE DE PALES, LES AUBES INTERCALAIRES ETANT DIFFERENTES DES AUBES PRINCIPALES DE FACON A EVITER UNE REDUCTION IMPORTANTE DU PASSAGE INTER-AUBES
Author: Nicolas Rochuon Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 173
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Cette étude porte sur un compresseur centrifuge conçu par Turbomeca. Son dessin rompt avec les conceptions classiques de compresseur en introduisant une roue mobile à moyeu non axi-symétrique. Une approche expérimentale et numérique est proposée pour l'analyse de l'écoulement dans ce type de configuration. En premier lieu, l'étude montre la capacité du nouveau dessin à modifier la structure d'écoulement dans la roue mobile. Dans le cas présent, l'effet bénéfique d'une réduction d'intensité tourbillonaire est contre-balancé par une augmentation des pertes au carter, par cisaillement. En second lieu, un traitement analytique des résultats expérimentaux et numériques permet de quantifier la contribution purement instationnaire de l'interaction rotor-stator. L'analyse montre en particulier que la modificiation périodique de la structure de choc attachée au diffuseur est à l'origine d'une augmentation sensible des pertes, par comparaison à celles prédies par les simulations stationnaires.
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L'étude effectuée au cours de cette thèse s'inscrit dans le contexte du contrôle des écoulements en turbomachines. Suite à l'intérêt avéré de l'aspiration de la couche limite en compresseurs axiaux pour en améliorer les performances, elle vise à évaluer si cette méthodologie de contrôle est pertinente en géométrie radiale. Elle s'appuie pour cela sur un compresseur centrifuge transsonique Turbomeca. Le fonctionnement du compresseur est d'abord analysé sur la base de simulations numériques stationnaires et instationnaires chorochroniques, réalisées grâce au code de calcul elsA développé par l'Onera et en utilisant le modèle de turbulence k-l de Smith. La validité des résultats numériques est vérifiée par comparaison avec les données expérimentales disponibles : performances mono-dimensionnelles et signaux de pressions instationnaires. Ces données sont issues à la fois de la caractérisation expérimentale du compresseur effectuée par Turbomeca et de campagnes de mesures menées a l'ISAE, ou le compresseur est monté sur un banc de recherche dédié à l'étude des interactions entre le rouet et le diffuseur radial. L'analyse détaillée des résultats numériques révèle le développement d'un décollement de coin dans le diffuseur, entre la paroi moyeu et la face en dépression des aubages, lorsque le point de fonctionnement se rapproche du pompage. L'étude topologique du spectre du frottement pariétal permet d'en préciser le lieu et la structure, et de localiser les points singuliers ainsi que la ligne de séparation principale. En stationnaire, la croissance du décollement aboutit au décrochage du diffuseur, et compromet les performances de l'étage de compression et finalement la stabilité numérique. L'exploitation des résultats instationnaires permet de préciser le comportement temporel de l'écoulement : l'étendue du décollement fluctue sous l'effet du défilement des ondes de pression générées par l'interaction rouet-diffuseur, mais les trajectoires des particules fluides impliquées dans le décollement sont en accord avec les lignes de courant du champ de l'écoulement moyenné temporellement. Le décollement instationnaire est fixe, et sa topologie correspond à celle prévue par les simulations stationnaires. En particulier, le lieu du décollement est prévu de façon similaire par les modèles stationnaires et instationnaires. Une stratégie d'aspiration est ensuite développée sur la base de ces observations : une fente de prélèvement est positionnée au voisinage du col de séparation principal, dont le lieu correspond à celui du maximum du gradient de pression adverse stationnaire. Cette stratégie est implémentée au sein des modèles numériques stationnaires et instationnaires. En stationnaire, un prélèvement de 1 % de la valeur totale du débit traversant le rouet permet un contrôle total du décollement dans le diffuseur, et conduit à une augmentation significative de la plage de stabilité numérique. La réduction du débit de prélèvement à 0,3 % du débit total permet un contrôle partiel du décollement, et conduit également à une augmentation de la plage de stabilité numérique. En instationnaire, le décollement de coin initial est contrôlé. Mais les résultats mettent en évidence le rôle majeur joue par le défilement des ondes de pression le long des aubages du diffuseur. Celles-ci se renforcent au passage du col du diffuseur, et engendrent l'existence d'un important gradient de pression adverse instantané. Ce maximum du gradient de pression instantané conduit au développement d'un nouveau décollement de coin, en aval de la fente de prélèvement, et la plage de stabilité des calculs instationnaires n'est pas augmentée. Ces résultats mettent en évidence la possibilité d'agir sur les décollements se produisant dans les diffuseurs radiaux à l'aide de la technique d'aspiration de la couche limite. [...]
Author: Paul Le Sausse Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Cette thèse est le fruit d'un partenariat entre la société Johnson Controls et l'université Bordeaux1. L'objectif s'inscrit dans le cadre d'un projet de développement de pompe à chaleur innovante et est de développer un compresseur centrifuge à haute compression. Pour ce faire, un modèle numérique a été créé afin de simuler l'écoulement dans ce type de compresseur. Afin de respecter des impératifs industriels, une première géométrie a été établie par modifications itératives de divers paramètres et analyse des performances induites. L'écoulement a ensuite été étudié plus précisément, particulièrement pour mieux comprendre l'apparition des décollements. Enfin, une étude instationnaire de l'écoulement dans le diffuseur a été effectuée. Au delà des phénomènes physiques étudiés et appréhendés au cours de ce processus, c'est avant tout une méthodologie qui valorise ce travail.
Author: Nicolas Bulot Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 4
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Le présent travail s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre le Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique à l'École Centrale de Lyon (LMFA-ECL), Turbomeca et l'ONERA. Le sujet de recherche porte sur l'interaction rouet-diffuseur et sur l'entrée en régime de pompage d'un étage de compresseur centrifuge transsonique à fort taux de compression étudié à vitesse de rotation de croisière (0,927Nn). L'alimentation des analyses est réalisée par trois méthodes de mesures et deux types de simulations numériques. Le module d'essai est installé sur le banc d'essai 1 MW du LMFA. La caractérisation expérimentale du compresseur TM est réalisée par le biais de mesures de pression et température auxquelles sont adjointes des mesures du débit et de la vitesse de rotation de la roue mobile. La description de l'écoulement interne au compresseur s'appuie sur les résultats de sondages par Anémométrie Laser à effet Doppler (LDA) et de mesures de pression à haute fréquence. Les simulations numériques sont réalisées par l'intermédiaire du code de calcul elsA développé par l'ONERA, qui permet de résoudre le système d'équations de Navier-Stokes couplé à un modèle de turbulence k-l de Smith. Deux modélisations de l'interaction rouet-diffuseur permettent de générer des champs aérodynamiques stationnaires (modèle plan de mélange) et instationnaires (modèle chorochronique). La comparaison entre les données expérimentales et numériques est très satisfaisante et permet alors de profiter pleinement de la richesse des informations numériques. L'examen détaillé de l'écoulement interne au rouet pour trois points de fonctionnement (à débit bloqué, à rendement maximum et à proximité du pompage) révèle que, du blocage vers le pompage, l'évolution de l'intensité et de la taille du tourbillon de jeu est le point de départ d'un enchaînement de mécanismes conduisant à la dilatation du sillage de la structure jet-sillage. Pour l'écoulement en amont du diffuseur, ceci ce traduit en moyenne temporelle par une augmentation de l'incidence principalement au voisinage du moyeu. L'onde de choc en amont des aubes du diffuseur remonte à mesure que le débit du compresseur diminue. La trajectoire de l'écoulement principal bascule du côté de la face en dépression vers le côté de la face en pression du canal inter-aubes du diffuseur. La cartographie des nombreux décollements de couches limites est également modifiée à l'approche du pompage. Les structures instationnaires majeures sont produites par l'interaction de l'onde de choc en amont des aubes du diffuseur avec les pales du rouet. Des ondes de pression progressives et des poches à faible nombre de Mach sont ainsi générées. Les ondes pression impriment d'intenses fluctuations au champ de vitesse qui favorisent le processus de mélange. En conséquence, les couches limites sont plus robustes vis-àvis des décollements (en moyenne temporelle). Le défilement instationnaire des poches à faible nombre de Mach engendre une dissymétrie marquée des conditions d'alimentation du diffuseur dans le direction azimutale. Au cours du changement de point de fonctionnement en allant du débit bloqué vers le pompage, les ondes de pression se renforcent et la taille des poches à faible nombre de Mach diminue. De ce fait, les conditions sont plutôt favorables à retarder l'entrée en pompage du compresseur qui est localement initié en amont du diffuseur aubé. Le pompage du compresseur est provoqué par un changement rapide de la structure supersonique de l'écoulement en entrée de diffuseur qui est alors déstabilisée par les fluctuations de pression des ondes progressives.
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L'objectif de ce travail de thèse est de caractériser l'effet de jeu en extrémité de pales. Dans ce but, une étude expérimentale et numérique a été ménée afin de valider le code de calcul qui a été utilisé par la suite pour la caractérisation. L'étude expérimentale a été effectuée par la technique de la vélocimétrie laser bipoint. Les mesures ont été réalisées sur un module d'essai comportant un compresseur centrifuge. Ce module d'essai est implanté sur le banc d'essai de l'ENSAE. L'analyse des résultats montre le rôle prépondérant des sillages de la roue mobile. Une partie de l'étude numérique a été consacrée à la validation des calculs Navier Stokes tridimensionnels. Ces calculs ont été conduits sur deux compresseurs centrifuges dont celui qui a été l'objet de la campagne de mesures à l'ENSAE. Des calculs avec trois jeux différents ont permis de caractériser l'effet de jeu. Les performances monodimensionnelles, les évolutions selon la hauteur de veine en sortie de roue mobile ont été comparées pour les trois configurations de jeu. Les vitesses secondaires et la vitesse méridienne ont été aussi comparées dans plusieurs coupes normales au carter dans le plan méridien.
Author: INGRID.. CLAUDIN
Author: INGRID.. CLAUDIN
Author: Mohamed Madbouli Abdelrahman
Author: Mohamed Madbouli Abdelrahman
Author: Nicolas Rochuon
Author: Aurélien Marsan
Author: Paul Le Sausse
Author: André Vouillarmet
Author: Pierre Benhaim
Author: Nicolas Bulot
Author: Nejib Saddour