Modélisation des interactions instationnaires rotor-stator en turbomachine multi-étages

L'écoulement au sein des turbomachines multi-étages est assujetti à des phénomènes instationnaires de natures aléatoires et déterministes. On distingue en effet d'une part la turbulence, représentative du comportement stochastique du fluide, et d'autre part les interactions instationnaires entre les roues aubées, provoquées par la rotation de la machine. Ces interactions impliquent les sillages des aubages, les ondes de choc, et influent sur le blocage aérodynamique ou encore les transferts thermiques. Les interactions entre les rotors et les stators sont caractérisées par des échelles de temps allant de la période de rotation de la machine à plusieurs fois la plus haute fréquence de passage des aubages. Les échelles de longueur sont également diverses, variant de la circonférence de la machine à la fraction de la corde d'une aube. Toutes ces échelles de longueur et de temps s'ajoutent à celles de la turbulence. La simulation numérique des écoulements en turbomachine nécessite donc de poser plusieurs hypothèses de simplification. Pour la turbulence, les modèles de turbulence satisfaisant l'hypothèse de BOUSSINESQ sont largement employés dans l'industrie, alors que les interactions instationnaires sont souvent négligées. John. J. ADAMCZYK (réf [85-ADA]) a créé le "Système d'Equations du Canal Moyenne" (SECM) permettant de modéliser les interactions instationnaires déterministes dans le cadre d'écoulements stationnaires. Les instationnarités sont prises en compte par l'intermédiaire de corrélations déterministes à modéliser. Des modèles pour les corrélations déterministes ont été développés par ADAMCZYK et al. (réf [86-ADA] et [89-ADA]), RHIE et al. (réf [89-ADA]), HALL (réf [97-HA2]), KIRTLEY (réf [99-KIR]) et BUSBY et al. (réf [99-BUS]). Ce travail de thèse a d'abord consisté en l'analyse du SECM et des modèles de fermeture de la littérature qui lui sont associés. Un modèle, représentatif de la majorité de ces derniers, a été implanté dans un code de calcul multi-étages stationnaire industriel (CANARI-COMET développé par l'ONERA, SNECMA-Moteurs, et TURBOMECA). Pour valider celui-ci, une simulation instationnaire d'un étage de turbine transsonique (VEGA2 de l'ONERA) est analysée. Cette analyse porte tout d'abord sur les phénomènes instationnaires présents dans l'écoulement. Des instationnarités provoquant des mélanges radiaux aux répercutions stationnaires importantes sont identifiées. La moyenne temporelle de la simulation instationnaire et le résultat obtenu avec le modèle de CANARI-COMET sont ensuite comparés. Il en ressort que le modèle présente d'importantes déficiences. Une analyse complète des corrélations déterministes est réalisée à partir du résultat instationnaire et permet de confirmer la précédente conclusion. Il est établi que les défauts du modèle implanté dans CANARI-COMET sont liés à une hypothèse de base commune avec la plupart des modèles. Ceci ouvre des perspectives et des axes de recherche pour la modélisation des corrélations déterministes destinées à fermer le SECM. Ce dernier est étudié d'un point de vue de l'analyse des résultats qui en découlent. Il est montré que la procédure de moyenne ne permet pas de respecter un certain nombre de principes de la thermodynamique et que ceci doit être pris en compte.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF