Simulation de l'ecoulement dans les turbomachines multietagees par couplage d'un calcul meridien et d'un calcul 3d : contribution au developpement d'un outil numerique

par PATRICK HERONT

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pascal Ferrand.

Soutenue en 1997

à l'ECL .

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  • Résumé

    Ce travail de these propose une nouvelle methode de calcul des ecoulements dans les turbomachines multietagees, qui s'appuie sur le couplage d'un code de calcul meridien multietage, et d'un code de calcul de l'ecoulement 3d dans une roue isolee de turbomachines. Dans le cadre d'un calcul meridien stationnaire, la methode developpee permet de determiner l'ecoulement 3d stationnaire, dans chaque roue subissant l'influence des roues adjacentes, et s'avere equivalente aux methode de couplage direct 3d-3d. Egalement, l'aptitude du calcul meridien a simuler des ecoulements instationnaires permet d'envisager la simulation des regimes transitoires, notamment les demarrages rapides de turbopompe spatiale. Le code de calcul meridien assure la resolution, stationnaire ou instationnaire, des equations d'euler moyennees dans la direction azimutale, sur un plan meridien correspondant a un domaine multietage. Le processus de moyenne azimutale genere trois termes, usuellement appeles force d'aubages, convection des pseudo-tensions azimutales, et energie cinetique des fluctuations azimutales, qui apparaissent comme des termes sources pour le solveur meridien. Ils constituent le lien entre ce dernier, et les calculs 3d appeles periodiquement au cours de l'evolution en temps du calcul meridien, realises dans chaque roue independamment les uns des autres, en fonction des conditions limites amont et aval imposees par le calcul meridien. La methode, developpee dans un cadre general, a ete particularisee au cas du code de calcul 3d stationnaire et incompressible caleche. La methode ainsi mise en oeuvre a d'abord ete validee sur trois cas de roues isolees, dont une roue a pales intercalaires. Les resultats, juges satisfaisants, ont montre que le principe de la methode etait acquis. Cependant, la precision apportee a chaque etape du couplage, et notamment a l'etape de reconstruction des termes sources, s'est averee determinante. La compatibilite du calcul meridien avec les calculs 3d a egalement pu etre demontree. La methode a ensuite ete utilisee sur une configuration d'etage axial, les resultats etant compares avec ceux d'une methode de calcul multietage, s'appuyant sur un couplage direct 3d-3d, et equivalente a notre methode pour la configuration choisie. Encore une fois, la comparaison s'est averee satisfaisante, permettant de conclure quant aux capacites de la methode developpee a etre utilisee sur des configurations multietagees complexes stationnaires. Finalement, nous avons montre que la methode etait techniquement apte a simuler des ecoulements transitoires.


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Informations

  • Détails : 230 P.
  • Annexes : 60 REF.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
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