Etude des conditions d'écoulement et du comportement thermomécanique dans une turbine radiale fonctionnant à haute pression, haute température et haute vitesse. Validation expérimentale.

par Joelle Najib

Projet de thèse en Energétique et génie des procédés

Sous la direction de Chakib Bouallou et de Maroun Nemer.

Thèses en préparation à l'Université Paris sciences et lettres , dans le cadre de Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique , en partenariat avec Energétique et Procédés (laboratoire) , CES - Centre Efficacité énergétique des Systèmes (equipe de recherche) et de MINES ParisTech (établissement opérateur d'inscription) depuis le 01-10-2019 .


  • Résumé

    Le développement de solutions permettant d'électrifier les voitures est un enjeu majeur à la fois sur le plan environnemental mais également de santé publique. D'importants efforts de recherche ont été investis dans l'industrie automobile sur les nouveaux carburants et les nouvelles chaînes de traction hybride électrique afin de réduire les émissions de carbone des véhicules. Une précédente étude menée par le CES a permis d'identifier les systèmes de turbines à gaz comme l'un des meilleurs convertisseurs d'énergie potentielle pour les chaînes de traction hybride série (SHEV), car ils offrent de nombreux avantages intrinsèques à l'automobile, tels que la capacité de fonctionner avec plusieurs carburants, la compacité, la réduction du nombre de pièces mobiles, la réduction du bruit et des vibrations (Thèse Wissam Abou Nader – PSL – Mines ParisTech). Le cycle qui nous intéresse dans cette thèse est celui d'une turbine à gaz (avec compression refroidie, régénérateur et réchauffe durant la détente (IRReGT)) car il offre un rendement et une densité de puissance plus élevés ainsi qu'une consommation de carburant réduite par rapport aux autres architectures. La présente thèse s'intéresse particulièrement à l'une des deux turbines de ce cycle qui fonctionne à l'étage haute pression. Il s'agit d'une turbine d'une puissance de l'ordre de 20 kW qui fonctionne à une pression de 9 bars et une température de l'ordre de 1100°C avec des vitesses de rotation allant jusqu'à 120 000 tours par minute. La thèse s'intéresse à la modélisation des différents phénomènes physiques intervenant dans cette turbine en vu d'améliorer sa conception et d'augmenter son rendement.

  • Titre traduit

    Study of flow conditions and thermo-mechanical behavior in a radial turbine operating at high pressure, high temperature and high speed. Experimental validation.


  • Résumé

    The development of solutions to electrify cars is a major challenge for the environment and public health. Significant research efforts have been invested in the automotive industry on new fuels and new hybrid electric powertrains to reduce vehicle carbon emissions. A previous study conducted by the CES has identified gas turbine systems as one of the best potential energy converters for hybrid powertrain series (SHEV) because they offer many intrinsic benefits to the automotive, such as the ability to operate with multiple fuels, compactness, reducing the number of moving parts, reducing noise and vibrations (Thesis Wissam Abu Nader - PSL - Mines ParisTech). The cycle that interests us in this thesis is that of a gas turbine (with cooled compression, regenerator and warming during the relaxation (IRReGT)) because it offers a higher yield and a density of power as well as a fuel consumption reduced compared to other architectures. The present thesis is particularly interested in one of the two turbines of this cycle which operates at the high pressure stage. It is a turbine with a power of about 20 kW which operates at a pressure of 9 bar and a temperature of the order of 1100 ° C with rotation speed of up to 120,000 revolutions per minute. The thesis focuses on modeling the different physical phenomena involved in this turbine to improve its design and increase its performance.