Comportement hydrodynamique et cavitant d'une pompe innovante avec rotation indépendante de l'inducteur et de la roue centrifuge

Hydrodynamic and cavitation behavior of an innovative pump with independent rotation of inducer and centrifugal impeller

• Auteur / Autrice : Ehsan Dehnavi
• Direction : Farid Bakir, Amélie Danlos, Mohamed Kebdani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur spécialité Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 08/03/2024
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie des Fluides et des Systèmes Énergétiques - Laboratoire d'Ingénierie des Fluides et des Systèmes Énergétiques
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Céline Morin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Farid Bakir, Amélie Danlos, Mohamed Kebdani, Céline Morin, Miguel Asuaje, Antonio Brasil Junior, Marie-Christine Duluc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Miguel Asuaje, Antonio Brasil Junior

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie

Pompes rotatives

Thèses et écrits académiques

Turbines

Mots clés libres

Pompe

Contra-Rotatife

Cavitation

Pump

Counter-Rotating

Cavitation

Résumé

Au fil des années, la technologie permettant aux rotors des turbomachines de tourner indépendamment, notamment dans des configurations en contre-rotation, a suscité l'intérêt de nombreux chercheurs et industries. L'étude de l'effet de cette technologie sur la turbine, le compresseur et les pompes axiales a montré son impact significatif sur les caractéristiques des turbomachines. Jusqu'à présent, aucune recherche n'a été menée sur l'effet de la rotation indépendante de l'inducteur et de la roue dans les pompes. Dans cette thèse, l'influence de la rotation indépendante de l'inducteur et de la roue sur les caractéristiques de la pompe a été étudiée pour la première fois, en utilisant à la fois des méthodes expérimentales et numériques. Pour atteindre cet objectif, la roue et l'inducteur en co-rotation et en contre-rotation ont été conçus pour une rotation indépendante. Cette conception permet d'étudier trois paramètres impossibles à évaluer dans la pompe conventionnelle lorsque l'inducteur et la roue sont liés et tournent ensemble. Les paramètres étudiés dans cette recherche sont la vitesse de rotation de l'inducteur, la distance entre l'inducteur et la roue, et la direction de rotation de l'inducteur. Pour examiner ces paramètres, un nouveau banc d'essai expérimental a été conçu. Un arbre séparé et un moteur électrique ont été intégrés pour garantir que la vitesse de l'inducteur puisse être ajustée sans influencer la rotation de la roue, permettant une rotation indépendante de l'inducteur. La direction de rotation de l'inducteur a été modifiée en conservant sa géométrie et en inversant l'orientation des aubes, conduisant à un inducteur en contre-rotation. De plus, pour ajuster la distance entre l'inducteur et la roue, un curseur a été intégré dans la section de l'inducteur, permettant de modifier la distance entre l'inducteur et la roue. L'étude des caractéristiques de la pompe est divisée en deux parties principales : l'analyse des caractéristiques en condition de non-cavitation et l'étude des performances en cavitation. La rotation indépendante de l'inducteur améliore les caractéristiques de la pompe dans les conditions de cavitation et de non-cavitation.

Over the years, the technology that enables rotors in turbomachines to rotate independently, especially in counter-rotating configurations, has captured the interest of numerous researchers and industries. The study of the effect of this technology on the turbine, compressor and axial pumps has shown its important effect on the characteristics of the turbomachines. Until now, no research has been done on the effect of independent rotation of inducer and impeller in pumps. In this thesis, the influence of the independent rotation of the inducer and impeller on pump characteristics has been investigated for the first time, using both experimental and numerical methods. To meet this aim, the impeller and both co-rotation and counter-rotation inducer were designed for independent rotation. This design permits the investigation of three parameters not possible to evaluate in the conventional pump when the inducer and impeller are linked and rotated together. The parameters studied in this research are the rotational speed of the inducer, the distance between the inducer and the impeller, and the direction of the inducer rotation. To examine these parameters, a new experimental test bench was designed. A separate shaft and electric motor were incorporated to ensure that the speed of the inducer could be adjusted without influencing the rotation of the impeller, enabling independent rotation of the inducer. The direction of rotation for the inducer was changed by keeping its geometry consistent and reversing the blade orientation, leading to a counter-rotating inducer. Furthermore, to adjust the distance between the inducer and the impeller, a slider was incorporated within the inducer section, allowing for modification of the distance between the inducer and the impeller. The investigation into pump characteristics is divided into two main parts: the analysis of characteristics in non-cavitation condition and the study of cavitation performance. The independent rotation of the inducer enhances the pump characteristics in both cavitation and non-cavitation conditions.