Etude de l'ecoulement tridimensionnel dans un echappement axial de turbine a vapeur

par BERGE DJEBEDJIAN

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Jean-Pierre Renaudeaux.

Soutenue en 1997

à Paris, CNAM .

mots clés

Résumé

Notre travail a pour objectif d'etudier l'ecoulement turbulent incompressible tourbillonnaire dans un echappement axial octogonal industriel avec 22 tirants en vue d'en ameliorer les performances. Nous avons utilise le code du calcul fluent version 4. 22 (base sur la resolution des equations de navier-stokes moyennees et sur la methode de volumes finis). Afin de pouvoir alimenter le code de calcul de valeurs realistes pour les conditions aux limites, nous avons ete amene a effectuer des mesures de profils de vitesses et de taux de turbulence a l'entree et a la sortie du diffuseur. Dans un premier temps, la geometrie tridimensionnelle avec tirants a ete simplifiee a une geometrie bidimensionnelle axisymetrique (sans tirant). Une etude parametrique a ete menee afin de quantifier les effets des modeles de turbulence (le modele k-, le modele k- rng et le modele rsm), des schemas de discretisation et du nombre de mailles. L'utilisation du modele k- peut entrainer des erreurs importantes au niveau de l'evaluation des longueurs de la zone de decollement. Le modele rsm simule mieux l'ecoulement tourbillonnaire. Pour des raisons d'economie de temps de calcul, les etudes tridimensionnelles sont effectuees sur un segment d'1/8 de diffuseur annulaire (2 tirants / 45 de la geometrie totale). Elles ne representent pas exactement le diffuseur reel qui n'est pas parfaitement symetrique et negligent la presence de 6 tirants. Les etudes numeriques tridimensionnelles et la comparaison calcul - experience ont montre une difference importante du coefficient de recuperation de pression. Une petite partie de cette difference est due a des raisons numeriques (modele de turbulence, schema de discretisation, fonction de paroi, traitement du swirl dans le modele, etc. ) deja observees dans les etudes bibliographiques concernant les differents types de diffuseurs. Une grande partie de cette difference est due aux effets du nombre de tirants negliges dans ces calculs. Il est conseille de faire la simulation numerique en employant la geometrie complete, mais le maillage doit avoir un nombre de mailles enorme et necessite des temps du calcul tres importants.

Titre traduit

Study of the three-dimensional flow in an axial exhaust of a steam turbine

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