Implementation and evaluation of a laminar to turbulent transition model based on transport equations for turbomachinery applications

La prise en compte de la transition laminaire-turbulent dans les codes Navier-Stokes demeure problématique d’un point de vue numérique dès lors qu’on s’intéresse à des géométries complexes tridimensionnelles tel qu’un étage de turbomachine. Le modèle à équations de transport Re se propose de résoudre ces difficultés et d’ouvrir la voie à la modélisation automatique du phénomène pour des simulations RANS. Le travail exposé dans ce mémoire de thèse a consisté à développer dans le code elsA le modèle de transition Re et à évaluer l’aptitude de ce modèle à capturer avec précision le phénomène de la transition laminaire-turbulent dans le cadre de simulations RANS en turbomachine. Après une étude bibliographique, l’implémentation du modèle dans le code elsA est décrite ainsi que des premières simulations validant les développements réalisés. Par la suite, des cas documentés relatifs à des applications en aérothermique sont traités. Les prévisions par CFD des flux de chaleur à la paroi sont en bon accord avec l’expérience, démontrant ainsi la capacité du modèle à capturer avec précision la nature de la couche limite. Dans une dernière partie, le modèle est appliqué à la prévision de la transition par bulbe de décollement sur des aubages de turbine basse pression. Les résultats obtenus indiquent que le modèle doit être amélioré afin de modéliser correctement le phénomène de transition par bulbe de décollement. Ces travaux ont permis de valider l’utilisation du modèle de transition Re dans le code elsA pour une large gamme d’applications en turbomachine, et laissent entrevoir la perspective d’utiliser ce modèle.The modelisation of laminar to turbulent transition is still difficult in RANS computations while dealing with three dimensional computational domains like turbomachinery domains. The laminar to turbulent transition model Re has been proposed to solve these issues and permit the automatic modeling of laminar to turbulent transition in RANS codes. The Re model has been introduced into the code elsA and evaluated thanks to several computations relative to turbomachinery. After a bibliographical study, the implementation of the model into the code elsA and the inital results are described in this document. In a third part, aerothermal issues in turbomachinery are investigated. The estimations of the heat fluxes by CFD are in good agreement with the experimental data which demonstrate the capability of the model to capture laminar and turbulent regions. In a last part the phenomenon of separation induced transition occuring on low pressure turbine blade is studied. The results obtained while employing the Re model show that the model need to be refined for these applications. The studied performed have permited the validation the use of the laminar to turbulent transition model Re with the code elsA for very different applications in turbomachinery