Stabilité des écoulements et interaction fluide structure dans les joints labyrinthe
Auteur / Autrice : | Alexa Dairien |
Direction : | Fabrice Thouverez, Laurent Blanc |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Mécanique |
Date : | Soutenance le 29/11/2019 |
Etablissement(s) : | Lyon |
Ecole(s) doctorale(s) : | Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....) |
Partenaire(s) de recherche : | établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....) |
Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-) | |
Jury : | Président / Présidente : Marie-Annick Galland |
Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Thouverez, Laurent Blanc, Anaïs Brandely, Sébastien Le Martelot | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Dion, Emmanuel Foltête |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Des joints labyrinthes sont utilisés dans les turbopompes spatiales pour limiter les fuites du gaz qui entraine la turbine dans l’interstice séparant le rotor du stator. Les tendances actuelles sont à la minimisation des jeux (pour optimiser le rendement) et à l’allègement du stator. Ces contraintes conduisent à l’apparition d’instabilités qualifiées d’aéroélastique qui peuvent mener à l’endommagement des structures internes de la turbine, notamment au niveau des partie statoriques selon des analyses post-mortem. Ces évolutions rendent nécessaires l’élaboration de modèles plus prédictifs au niveau de la prise en compte des fuites et de la souplesse du stator.L’objet de ce travail est de développer un modèle numérique avancé de joint labyrinthe prenant en compte un rotor non déformable et un stator flexible. La souplesse de la partie statorique induit des variations de pression et de vitesse au sein de l’écoulement. Le modèle peut comporter plusieurs cavités, le rotor peut être mis en rotation et les dents sont positionnées sur l’arbre.Le modèle d’écoulement développé est inspiré des travaux de Childs et utilise les équations simplifiées de Navier-Stokes. Le modèle de fluide est couplé à un modèle de dynamique des structures correspondant au stator (anneau ou cylindre). La structure peut être encastrée du côté des hautes pressions ou des basses pressions. La prise en considération de cette condition aux limites permet une confrontation précise des résultats avec les travaux d’Abbott. Le système fluide-structure obtenu comprend des équations non-linéaires aux dérivées partielles. Pour s’affranchir de ces non linéarités, une méthode de perturbation est utilisée. Pour résoudre ce problème à deux dimensions (en temps et en espace), une approche de Galerkin est utilisée.Ces développements prennent alors en considération un couplage fort entre le fluide et la structure, incluant les modes à diamètres et le comportement du joint labyrinthe. Les résultats obtenus apportent de nouvelles perspectives sur l’approche actuelle des instabilités aéroélastiques.