Étude expérimentale de l'influence des conditions périphériques sur un écoulement turbulent de type rotor-stator : premières confrontations avec des résultats de simulations numériques

par Emmanuel D'Haudt

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Gérard Bois et de Roger Debuchy.

Soutenue en 2006

à Lille 1 .

mots clés

• Mécanique des fluides
• Air -- Écoulement
• Turbomachines
• Machines tournantes
• Disques en rotation
• Écoulement permanent
• Turbulence -- Expériences -- Simulation par ordinateur
• Problèmes aux limites
• Anémomètres à fil chaud

Résumé

Les recherches effectuées sur des écoulements turbulents dans des cavités interdisques ont permis de mettre en évidence l'importance des conditions aux limites. Ce présent travail a pour but de mieux comprendre les phénomènes qui régissent l'apparition de différents types d'écoulements observés dans une cavité rotor-stator non soumise à un flux radial forcé. Dans cette optique, un banc d'essais a été adapté pour étudier plus spécifiquement l'influence de deux paramètres géométriques, l'un lié à une faible différence entre le rayon des disques, l'autre relatif à la présence d'un carter permettant de supprimer l'écoulement produit par la paroi externe du rotor. La base de données constituée à partir de mesures effectuées principalement par anémométrie à fils chauds a été confrontée à des résultats de simulations numériques réalisés à l'aide du code de calcul FLUENT. L'analyse des résultats montre en particulier qu'à la périphérie du système, le fluide éjecté par l'effet centrifuge du rotor est nécessairement compensé par une injection provenant partiellement du fluide au repos situé à l'extérieur à la cavité, près du stator, et de la réintroduction du fluide éjecté par le rotor. La proportion entre ces deux sources, qui dépend étroitement des paramètres géométriques retenus, influe sur le niveau de pré-rotation du fluide en entrée de cavité et conditionne ainsi l'apparition des différents types d'écoulement observés, notamment l'écoulement en bloc de type Batchelor.

Titre traduit

Experimental study of the influence of peripheral conditions on a turbulent flow in a rotating-disc system

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