Modélisation, analyse et contrôle des compresseurs centrifuges contra-rotatifs

par Cheikh brahim Abed

Projet de thèse en Génie énergétique

Sous la direction de Sofiane Khelladi et de Abdellatif El marjani.

Thèses en préparation à Paris, ENSAM en cotutelle avec l'Ecole Mohamedia d'Ingénieurs , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec DynFluid - Laboratoire de dynamique des fluides (laboratoire) depuis le 05-09-2016 .


  • Résumé

    Dans le domaine de la mobilité, nous assistons ces dernières années à l' émergence d'un nouveau type de moteurs fonctionnant a l'hydrogène. Deux technologies sont en concurrence : - Le moteur a combustion interne utilisant l'hydrogène comme carburant, - Le moteur électrique utilisant la pile a combustible comme source d' énergie électrique motrice. Les deux technologies sont aujourd'hui "viables". Toute fois, il reste un verrou technologique de taille à lever : le stockage de l'hydrogène a bord des véhicules assurant une autonomie suffisante. Il est évident que le stockage à température et pression ambiantes ne présente aucun intérêt pratique. Et malgré son avantage indéniable, la solution de stockage d'hydrogène liquide à -253° C semble techno-logiquement "compliquée" à réaliser à cause des déperditions thermiques difficiles à confiner avec des solutions peu couteuses. Les deux solutions de stockage à très haute pression, à 350 et 700 bars, sont technologiquement accessibles. Afin de comprimer l'hydrogène (des stations d'approvisionnement) à ces niveaux de pression, plusieurs approches de compression sont possibles. Nous proposons dans le cadre de cette thèse d'utiliser des compresseurs centrifuges. Néanmoins, pour les taux de compression très élevés, les méthodes de dimensionnement dites "conventionnelles" atteignent leurs limites. De nouvelles approches, en rupture avec l'existant, sont donc a envisager à la fois sur l'aspect technologique : rotors centrifuges contrarotatifs, double rotors/double aspiration,... mais aussi sur la démarche même de dimensionnement et d'analyse qui en découle : nouvelles règles de dessin, nouveaux modèles de pertes, etc...Par conséquent, en rupture avec l'existant et afin de répondre aux impératifs énumérés plus haut, nous envisageons dans le cadre de cette thèse d' étudier les compresseurs centrifuges contra-rotatifs. Il s'agira de mettre en place une méthodologie de dimensionnement et d'analyse adaptée. La modélisation proposée sera validée par des calculs CFD et par des essais. Des solutions innovantes de contrôle des instabilités de pompage par modulation de vitesse de rotation, par exemple, seront également explorées.

  • Titre traduit

    Modeling, analysis and control of contra-rotating centrifugal compressors


  • Résumé

    In the field of mobility, we are witnessing in recent years with the emergence of a new type of hydrogen engines. Two technologies compete: -The internal combustion engine using hydrogen as fuel, -The electric engine using the fuel cell as a source of power. The two technologies are " viable " . However there is a major technological lock up: the storage of hydrogen on vehicles board providing sufficient autonomy. It is obvious that the storage at ambient temperature and pressure has no practical interest. And despite its undeniable advantage , the liquid hydrogen storage solution at -253° seems technologically "complicated" to achieve because of the difficult heat loss is confined with inexpensive solutions. Both storage solutions at very high pressure: 350 and 700 bar , are technologically accessible. To compress hydrogen ( supply stations) at these pressure levels , multiple compression approaches are possible. We propose in this thesis, to use a centrifugal compressors. However, for very high compression ratios , design methods called " conventional " reach their limits. New approaches that break with the existing, are therefore considered for both the technological aspect: contra centrifugal rotors, dual rotors / double aspiration...but also on the same approach to sizing and analysis: new design rules , new models of losses , etc. Therefore , breaking with the existing and to reply the requirements listed above, we are considering in the context of this thesis to study centrifugal counter-rotating compressors. This will be set up a design methodology and appropriate analysis. The proposed model will be validated by CFD calculations and tests. Innovative solutions for controlling pumping instabilities by modulation of rotating speed , for example, will also be explored.