Simulation efficace des écoulements instationaires périodiques en turbomachines

par Frédéric Sicot

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Michel Roger et de Francis Leboeuf.

Soutenue en 2009

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    De nombreuses applications industrielles impliquent des écoulements périodiques en temps. La détermination d’une frontière de flottement d’une aile ou les écoulements rencontrés dans les compresseurs de moteurs d’avions constituent quelques exemples. Les méthodes instationnaires classiques de simulation ne sont pas assez efficaces puisque l’état périodique n’est atteint qu’après un long transitoire. De nouvelles méthodes dédiées à ce type d’écoulements ont été étudiées récemment. Ces méthodes, dites d’équilibrage harmonique, permettent de simuler un écoulement périodique en temps à l’aide de plusieurs calculs stationnaires couplés. L’efficacité de ces méthodes permet d’obtenir un degré de précision suffisant pour l’ingénieur beaucoup plus rapidement que les méthodes classiques. Cette thèse se propose de mettre en oeuvre l’une de ces méthodes, la Time Spectral Method (TSM), dans le solveur elsA de l’Onera. Elle est étendue à une formulation prenant en compte les déformations de maillage pour des applications en aéroélasticité et des algorithmes implicites sont également développés afin d’améliorer la robustesse. La TSM est d’abord validée avec succès sur des applications d’aérodynamique externe. L’extension aux turbomachines nécessite des interpolations temporelles et spatiales complexes pour réduire le domaine de calcul à un seul canal par roue quelque soit la géométrie. Des applications d’interactions rotor/stator et d’aéroélasticité sont présentées.

  • Titre traduit

    Efficient simulations of time-periodic unsteady flows in turbomachinery


  • Résumé

    Many industrial applications involve flows periodic in time. Flutter prediction or turbomachinery flows are some examples. Such flows are not simulated with enough efficiency when using classical unsteady techniques as a transient regime must be by-passed. New techniques, dedicated to time-periodic flows and based on Fourier analysis, have been developed recently. These methods, called harmonic balance, cast a time-periodic flow computation in several coupled steady computations, corresponding to a uniform sampling of the period. Their efficiency allow to get a precision good enough for engineering but much faster than classical nonlinear timemarching algorithms. The present study aims at imlementing one of these, the Time Spectral Method, in the ONERA solveur elsA. It is extended to an arbitrary lagrangian/eulerian formulation to take into mesh deformation for aeroelasticity applications. New implicit algorithms are developped to improve robustness. The TSM is successfully validated on external aerodynamic applications. Turbomachinery flows necessitate complex space and time interpolations ro reduce the computational domain to a single blade passage per row regardless of its geometry. Some applications in rotor/stator interactions and aeroelasticity are presented.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XVII-186 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 110 références

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T2143
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