Analyse numérique de l'effet du défilement des sillages liés aux interactions rotor-stator en turbomachines

par Guilherme Lara Oliveira

Thèse de doctorat en Sciences et techniques : thermique et énergétique

Sous la direction de Francis Leboeuf.

Soutenue en 1999

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    L'étude des turbomachines nécessite des compétences dans plusieurs domaines, comme l'aérodynamique, l'acoustique, les transferts de chaleur, les matériaux et la mécanique des solides. L'évolution conduisant à des machines plus performantes, stables, légères et moins coûteuses, passe invariablement par l'approfondissement des connaissances dans chacun de ces domaines. Ce travail a pour objectif d'améliorer la compréhension des phénomènes instationnaires liés au passage des sillages d'une roue amont dans les canaux interaubes d'une roue avale. Il s'agit d'étudier à l'aide d'un outil numérique, le rôle des principaux mécanismes instationnaires présents dans un écoulement de turbomachine soumis à des conditions périodiques du type sillage en amont. Ceci constitue une contribution à l'étude des interactions du type rotor-stator visant, au final, à pouvoir améliorer les performances des turbomachines par l'éventuelle mise à profit des effets des sillages. Une méthodologie permettant de simuler l'écoulement instationnaire résultant du passage de sillages dans les canaux interaubes des turbomachines a été développée et appliquée à deux configurations distinctes: une turbine axiale subsonique et un compresseur axial transsonique. Les résultats présentés indiquent que les principaux mécanismes régissant la déformation et l'amortissement des sillages tronçonnés par les roues en aval peuvent être expliqués par la cinématique du champ moyenne en temps. Le transport de masse instationnaire associé aux sillages est, quant à lui, une fonction de leur déficit de vitesse et du gradient de pression suivant le rayon dans le champ moyenne en temps. Enfin, l'interaction entre les sillages, les ondes de choc et les couches limites de l'écoulement peut modifier considérablement les pertes et le transfert d'énergie dans les machines.


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Nowadays turbomachinery studies require qualifications on several disciplines, like aerodynamic, acoustic, heat transfer, materials and structure. Evolution leading to high performance, stable, weightless machines needs invariably sharp investigation on each one of these domains. The main objective of this work is to improve understanding on unsteady phenomena related to wake passage through interblade channels of turbomachinery during its stable operating conditions. Numerical analysis was performed using an unsteady CFD tool with inlet wake-kind periodic conditions. It is a contribution to rotor-stator interaction study intending to ameliorate turbomachine performances by means of wake effects. A methodology allowing to evaluate average effects of unsteady flow produced by wakes has been developed in this thesis and then, applied to two different configurations: a subsonic axial turbine and a transonic axial compressor. Results presented here indicate that main mechanisms governing wake deformation and its decay can be explained by the kinematics of time averaged flow. Unsteady mass flow transport seems to be a function of wake velocity deficit and radial pressure gradients of time averaged flow. Finally, the developed analysis shows how wakes interaction with shock waves and boundary layers may considerably modify losses and energy transfer on turbomachinery flows.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (177 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 148 réf.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T1797
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