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Analyse des écoulements internes aux turbomachines en régimes transitoires ou instables

/ Dazin Antoine / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 11-12-2013
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Les travaux présentés dans le cadre de cette habilitation à diriger des travaux de recherche portent sur l’analyse des écoulements internes aux turbomachines fonctionnant loin de leur point de dessin. Ils synthétisent d’une part les études menés au Laboratoire de Mécanique sur le comportement des pompes lors de transitoires rapides. Ces travaux qui s’appuient sur des résultats expérimentaux d’un banc d’essais spécifique, ont permis, par l’écriture de l’équation de moment de quantité de mouvement et de l’énergie de proposer un modèle restituant la performance d’une pompe au cours de sa phase de démarrage. L’utilisation de ce modèle, ainsi qu’une analyse des temps caractéristiques d’un démarrage ont permis de montrer que la phase de démarrage d’une pompe pouvait se décomposer en trois étapes. Dans la première, ce sont les effets du à l’accélération angulaire de la roue qui dominent ; dans la seconde, ce sont les effets d’inertie hydraulique dans la roue et le circuit qui sont les plus importants, et dans la dernière ce sont les effets stationnaires (perfomance stationnaire de la machine et effets résistifs du circuit) qui dominent. Ces travaux, à l’origine limitée à l’analyse d’une pompe fonctionnant en régime non cavitant se sont étendues au régime cavitant. D’autre part, une étude expérimentale a été menée sur le comportement d’une machine, composée d’une roue de ventilateur centrifuge et d’un diffuseur lisse, et fonctionnant à bas débit. Elle a associée des mesures par Vélocimétrie par Images de Particules Stéréoscopique haute cadence, couplée à des mesures de pression instationnaires. Elle visait à étudier les instabilités tournantes se développant dans le diffuseur dans ces conditions de fonctionnement. Une analyse temps fréquence des signaux de pression, ainsi que la mise au point d’une procédure originale de moyenne des cartes de PIV ont permis de mettre en évidence deux types d’instabilité. Le premier est caractérisé par le développement d’un mode instable unique, composé de plusieurs cellules tournantes dont les caractérisitiques (topologie, vitesse et nombre de cellules) ont pu être identifiées. Dans le second type, deux modes concurrentiels existent de manière intermittentes. Ces résultats expérimentaux ont également pu être comparés à plusieurs modèles numériques.

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