Analyse de l'écoulement tridimensionnel et instationnaire dans un compresseur centrifuge à fort taux de pression

Analysis of the three-dimensional and unsteady flow within a high pressure centrifugal compressor

• Auteur / Autrice : Nicolas Rochuon
• Direction : Isabelle Trebinjac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Mécanique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des fluides et acoustique (Rhône)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique des fluides

Turbulence

Compresseurs

Mots clés libres

Moyeu 3D

Interaction

Centrifuge

Non-axisymétrique

Instationnaire

Résumé

Cette étude porte sur un compresseur centrifuge conçu par Turbomeca. Son dessin rompt avec les conceptions classiques de compresseur en introduisant une roue mobile à moyeu non axi-symétrique. Une approche expérimentale et numérique est proposée pour l'analyse de l'écoulement dans ce type de configuration. En premier lieu, l'étude montre la capacité du nouveau dessin à modifier la structure d'écoulement dans la roue mobile. Dans le cas présent, l'effet bénéfique d'une réduction d'intensité tourbillonaire est contre-balancé par une augmentation des pertes au carter, par cisaillement. En second lieu, un traitement analytique des résultats expérimentaux et numériques permet de quantifier la contribution purement instationnaire de l'interaction rotor-stator. L'analyse montre en particulier que la modificiation périodique de la structure de choc attachée au diffuseur est à l'origine d'une augmentation sensible des pertes, par comparaison à celles prédies par les simulations stationnaires.

This study deals with a centrifugal compressor, designed and built by Turbomeca. Its impeller has a non-axisymmetric hub and was designed to evaluate the capacity of such a geometry to modify the flow structure within the compressor. The present study is based on both an experimental and a numerical approach. On one hand, it shows that the modification of geometry results in a decrease in intensity of the vortical structures. However, in the present design, this beneficial behavior is balanced by an increase in entropy in the vicinity of the shroud, because of the growth of the shear stresses. On the other hand, the application of analytic methods allows the extraction of the unsteady part of the rotor/stator interaction, from both the experimental and numerical unsteady results. In particular, the periodic modification in the shock wave structure at the diffuser inlet is shown to result in an increase in loss, compared with the loss predicted by steady calculations.