Etude de l'écoulement dans une pompe centrifuge fonctionnant à débit partiel

par Mahmoud El Hajem

Thèse de doctorat en Génie Mécanique

Sous la direction de Robert J. Morel.


  • Résumé

    Lors du fonctionnement d’une pompe centrifuge à débit partiel, on observe une dégradation des performances due aux écoulements secondaires, à l'apparition de recirculation en entrée et en sortie de roue ainsi qu'à l'interaction entre la roue et les éléments situés à l'aval de celle-ci. Des explorations de l'écoulement ont été effectuées au moyen d'une sonde directionnelle en amont et en aval de la roue. Elles ont permis, en entrée, de déterminer le champ hydrodynamique après l'apparition de la recirculation, de mettre en évidence des zones de faible pression propices à l’apparition de la cavitation de recirculation et d'expliquer les instabilités qui en résultent. En sortie de roue, ces explorations ont permis de déterminer la répartition circonférentielle des champs de vitesse et de pression et d'en déduire l'asymétrie de l'écoulement pour des débits autres que le débit d'adaptation. Cette asymétrie est sans aucun doute à rattacher à la présence du diffuseur aubé, l'effet de la volute étant quant à lui moins marqué. Par ailleurs, l'analyse du champ des vitesses par anémométrie laser relevé dans les canaux interaubes de la roue a révélé la formation, au sein de l'écoulement, d'une structure jet-sillage qui évolue en fonction du débit. Enfin, une analyse des pertes hydrauliques a été effectuée à partir des résultats de sondages à l'entrée et en sortie de roue; seule la corrélation de Lieblein a donné des résultats satisfaisants à condition de tenir compte de l'effet de la rotation.

  • Titre traduit

    = The study of the flow in a centrifugal pump at partial flowrate


  • Résumé

    At off design conditions, performances of centrifugal pumps decay because of a viscous and three-dimensional flow developing across an impeller interacting with its surrounding, particularly if a vaned diffuser and a volute are present. Here are presented the results of flow investigation at the impeller inlet and discharge using a five hole pressure probe. At low flowrate, an evident region of flow reversal and swirl near the inlet pipe wall and larger radial velocities contrast to the uniform axial flow at design point. Low pressure regions indicate that recirculation is worth to study not only because of its importance for hydraulic performances, but also for its interaction with cavitation. At the discharge, traverses at different angular locations in the volute revealed an asymmetric pressure and velocity distributions that depend on operating conditions outside of the matching flowrate. This asymmetry is essentially due to the vaned diffuser, while the effect of the volute is less pronounced. Detailed measurements of the flow within the impeller blade passages by laser Doppler velocimetry for design and off design conditions revealed that secondary flows have a substantial effect on the development of the jet-wake structure at the discharge. Taking into account the effect of curvature and rotation showed that Lieblein correlations, relating the viscous loss to the boundary layers thickness and the diffusion factor gives better agreement between experimental and theoretical results.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (179 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Accessible pour le PEB
  • Cote : C.83(2192)
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