Contribution à la modélisation et au calcul des écoulements dans les compresseurs centrifuges : application à la conception par lois de similitude

par Guillaume Dufour

Thèse de doctorat en Dynamique des fluides

Sous la direction de Jean-Bernard Cazalbou.

Soutenue en 2006

à Toulouse, INPT .


  • Résumé

    Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une convention CIFRE entre Liebherr Aerospace Toulouse S. A. Et le département de Mécanique des Fluides de l'ENSICA. En réponse à des objectifs industriels d'amélioration de la qualité des compresseurs centrifuges de systèmes de conditionnement d'air, et de réduction des délais, deux axes sont étudiés : le diagnostique et l'amélioration de l'outil de simulation numérique en place chez l'industriel, et le développement d'une méthode de conception en similitude. La première partie traite des erreurs de simulation. Les erreurs numériques sont d'abord analysées par un plan d'expériences sur les paramètres de maillage, et quantifiées par l'extrapolation de Richardson. La contribution du modèle de turbulence est ensuite étudiée. Deux corrections pour les effets de rotation et courbure, développées pour des modèles au premier ordre, sont implantées dans le code de calcul. La méthode de vérification et validation permet leur évaluation sur des configurations académique et industrielles. Une synthèse bibliographique des règles de dimensionnement des compresseurs centrifuges débute la seconde partie. L'optimisation d'une machine de référence sert de support à l'application de ces règles. Des résultats d'essais permettent d'évaluer le compromis atteint sur le rendement, la plage de fonctionnement et le bruit de raies émis. La troisième partie concerne la conception par mise à l'échelle. L'approche proposée est basée sur l'application de similitudes restreintes le long de la ligne de meilleur rendement d'un étage. Cette méthode permet de définir un “potentiel de mise à l'échelle", caractéristique de l'ensemble des spécifications couvertes par un étage donné. Une telle notion permet d'envisager la conception de nouvelles machines en s'appuyant sur une base de données d'étages.

  • Titre traduit

    Contributions to the modeling and computation of centrifugal-compressor flows : application to scaling and design


  • Résumé

    His work results from a CIFRE partnership between Liebherr Aerospace Toulouse S. A. And the département de Mécanique des Fluides of the ENSICA. The main industrial goals are the quality improvement of air-conditioning centrifugal compressors and the reduction of development cycles. The problem is tackled through two thematics : the qualification of the computational fluid dynamic tool used by Liebherr, and the developement of a conception method based on the similarity principle. The first part deals with simulation errors. Numerical errors are first analyzed thanks to the design-of-experiments method applied to mesh-generation parameters, and quantified using the Richardson extrapolation technique. The contribution of turbulence modeling is then scrutinized. Two model corrections accounting for rotation and curvature effects, in the framework of firstorder modeling, are implemented in the code. The method of verification and validation is used to test the corrected models on academic and industrial configurations. The second part begins with a literature survey of centrifugal compressor design methods. These rules are applied to the optimization of an industrial baseline compressor. Experimental results are used to evaluate the trade-off between efficiency, operating range and tonal noise of the stage. The third part deals with scaling in a design context. The proposed method is based on the application of Reynolds-free scaling along the best-efficiency line of a given stage. This method is used to identify the “scaling potential" of an existing stage, defined as the ensemble of specifications that can be reached by the application of geometrical scaling. Such a method makes it possible to design compressors thanks to a database of existing stages.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (xviii-292 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. [273]-282

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Ecole nationale supérieure d'électrotechnique, d'électronique, d'informatique, d'hydraulique et des télécommunications. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 06INPT041H/2
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