Characterization of the air flow in a scale model of a hydrogenerator by means of particle image velocimetry

In hydroelectric power plants, generators are essential components and, like all machines, generate heat due to losses. The most common way to evacuate this heat is by circulating a cooling fluid (generally air) through the generator components. Due to their geometrical complexity, it is quite challenging to numerically simulate the flow to predict the cooling in a generator. Furthermore, in situ measurements are costly and difficult to perform due to the limited access. For this reason, a 1:4 scale model of a hydroelectric generator was built at the research institute of Hydro-Quebec (IREQ). In this thesis, particle image velocimetry (PIV) measurements of the flow in the opening of the generator pit, in the space between the enclosure wall and the cooler exit of the scale model, at the cooler exit, in the covers, and in theair gap and interpole region are presented. Experimental aspects pertaining to the seeding of the flow, calibration targets, experimental method and PIV theory are also discussed. Furthermore, a comparison of the experimental data with the results of CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations using ANSYS-CFX is given. The results in the pit opening region have shown the sensibility of the simulation results to small modifications to the geometry. The measurements in the space between the cooler exit and the enclosure wall and those in the air gap and interpole region have qualitatively validated the CFD. Finally, computation of the mass flow rate through the cooler exit and in the cover has also quantitatively validated the simulation results.Au sein des installations hydro-électriques, les alternateurs sont des composants essentiels et génèrent de la chaleur par pertes. Le moyen le plus courant d’évacuer cette chaleur est de faire circuler un fluide refroidissant (en règle générale de l’air) dans les différents composants de l’alternateur. En raison de sa complexité géométrique, il est très difficile de simuler cet écoulement afin de prédire l’efficacité du refroidissement. Par ailleurs, les mesures in situ sont coûteuses et difficiles à réaliser en raison de l’accès limité. Pour ces raisons, un modèle à l’échelle 1:4 d’un alternateur hydro-électrique a été réalisé à l’institut de recherche d’Hydro-Québec (IREQ). Dans ce mémoire, nous allons présenter des mesures par Vélocimétrie par Image de Particules (PIV) dans les fosses alternateurs, dans l’espace entre les sorties radiateurs et la paroi de l’enceinte, à la sortie du radiateur, dans les capots ainsi que dans l’entrefer et l’interpôle. Les aspects experimentaux de l’ensemencement, de la calibration et de la méthode de mesure ainsi que les aspects théoriques de la PIV sont étudiés. Par ailleurs, une comparaison avec des résultats de simulation CFD ("Computational Fluid Dynamics") réalisée à l’aide d’ANSYS-CFX est également présentée. La sensibilité de la simulation aux modifications géométriques a été mise en avant grâce aux mesures réalisées dans la fosse alternateur. Les mesures conduites dans l’espace entre la sortie radiateur et la paroi de l’enceinte ainsi que dans l’entrefer et l’interpôle ont permis de valider qualitativement la CFD. Enfin, le calcul du débit d’air massique à travers la sortie radiateur et dans les capots ont permis de valider quantitativement les résultats de la simulation