Etude expérimentale des écoulements de Taylor-Couette-Poiseuille en entrefer encoché : Application aux machines électriques automobiles
par Yannick Meynet
Thèse de doctorat en Energétique, thermique, combustion
Sous la direction de Eva Dorignac et de Matthieu Fénot.
Soutenue le 26-01-2016
à Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique , dans le cadre de École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018) , en partenariat avec Renault SAS Guyancourt (entreprise) .
Le jury était composé de Yves Bertin, Stéphane Guilain, Julien Pellé.
Les rapporteurs étaient Abderrahmane Baïri, Philippe Desevaux.
- Taylor-Couette-Poiseuille
- Convection forcée
- Stator
- Entrefer encoché
- Aérothermodynamique
- Taylor, Tourbillons de
- Vélocimétrie par images de particules
- Thermographie
- Reynolds, Nombre de
- Chaleur -- Convection
- Rotors
- Moteurs électriques
- Écoulement laminaire
mots clés
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Résumé
La présente étude vise à comprendre les écoulements ainsi que les transferts de chaleur par convection dans une configuration représentative d’un moteur de traction automobile. La zone d’étude est constituée d’un stator extérieur lisse et fixe et d’un rotor intérieur tournant. Deux géométries de rotor ont été étudiées : un rotor cylindrique et un rotor encoché. Un écoulement axial est superposé à l’écoulement produit par la rotation. Pour le rotor lisse, des mesures ont été réalisées pour des valeurs du nombre de Reynolds axial de 2500 à 13900 et de rotation de 1250 à 4000. Pour le rotor encoché, le nombre de Reynolds axial varie également de 2500 à 13900 et le nombre de Reynolds de rotation de 5000 à 26000. Les mesures de vitesse réalisées par PIV au sein des encoches montrent un écoulement tourbillonnaire contrarotatif complexe. Dans la zone d’entrée, on peut noter une forte interaction entre l’écoulement des encoches et celui provenant des zones polaires. Les résultats thermiques obtenues par thermographie infrarouge sur le rotor encoché montrent que les transferts thermiques augmentent avec l’augmentation du nombre de Reynolds axial mais l’influence de la vitesse de rotation est plus complexe. Enfin, la comparaison des résultats thermiques entre rotors lisse et encoché, a permis de mieux comprendre l’effet des encoches sur le refroidissement global.
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Titre traduit
Experimental Studies of Taylor-Couette-Poiseuille Flow in Slots Narrow Gap : Applying to Automotive Electrical Motor
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Résumé
The present work aimed to experimentally study the flow and heat transfer in a configuration corresponding to the gap of an automotive electrical motor (a thin airlayer between the rotating (rotor) and stationary (stator) parts.) Two rotor geometries are studied: one cylindrical and the other one with four slots which reproduce a synchronous motor used in automotive traction. An axial flow is superimposed to the rotation flow thanks to a ventilation system. The two most important parameters are axial Reynolds number and rotational Reynolds number. Velocity measurements are performed by PIV and heat transfer by infrared thermography coupled with heated thin foils. A complex counter rotational vortex flow has been recorded in the slots. Moreover, this slot flow seems to interact with the pole flow in the inlet region. This interaction seems to disappear rapidly after entrance area. Heat transfer rate is 3D, with great differences between the two slots faces and the pole. Classically, heat transfer rate grows with increasing axial Reynolds number. The relation between heat transfer rate and rotation Reynolds number is more complex
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