Modèle de stabilité dans les turbomachines

Unités de Recherche impliquées : LMFL-Lille, UML-Lille

La tendance générale dans le dessin des turbomachines est, pour des raisons liées à des problématiques de réduction de poids et d’encombrement des différents composants des systèmes énergétiques, de concevoir des machines de plus en plus petites. Pour maintenir leur performance, il est donc nécessaire de les faire tourner de plus en plus vite. Parallèlement, les utilisateurs souhaitent avoir des machines de plus en plus souples et capables de travailler sur de larges plages de fonctionnement, en particulier vers les bas débits. La conséquence est que les machines, en particulier celles qui sont le siège d’une compression (pompes, compresseurs) sont amenées à travailler dans des conditions sensibles aux instabilités de type décrochage tournant. Ces instabilités qui génèrent des phénomènes basse-fréquence, de grande amplitude, sont potentiellement dangereuses pour la machine elle- même ou pour son environnement.

Dans la littérature, on trouve de nombreux travaux menés sur ce thème, principalement par des approches expérimentales ou de simulation numérique. Le Campus ENSAM de Lille dispose de plusieurs moyens d’essais destinés à l’étude de ces phénomènes et le LMFL-KF s’attache depuis plusieurs années à proposer des analyses sur l’origine et la caractérisation physique des écoulements.

Les approches présentées dans ce projet sont différentes. Il s’agit d’étudier la capacité des approches de stabilité linéaire ou faiblement non linéaire à prédire correctement l’apparition de ces phénomènes.

L’objectif général est double :

-Analyser la capacité de ce type d’approche à fournir des modèles fiables de prédiction de ces instabilités.

- Progresser dans la compréhension de la physique donnant naissance à ces phénomènes.

- Confronter les résultats issus de l'analyse théorique de stabilité linéaire et faiblement non linéaire aux résultats expérimentaux.

 

Le travail a commencé, dans le cadre d’une collaboration entre le LMFL-KF et l’UML qui a débuté il y a trois ans, par un co-encadrement d’un stage de Master puis la co-direction de la thèse d’Y. HENG. La problématique traitée est celle des instabilités tournantes qui se développent dans les diffuseurs lisses de machines (pompes, ventilateurs ou compresseurs) centrifuges. La complémentarité dans les approches scientifiques et les moyens d'analyse dont disposent les deux équipes mérite d'être étendue dans les années à venir à d’autres problématiques inhérentes aux écoulements dans les turbomachines (décrochage tournant dans un compresseur axial et instabilités de cavitation dans les inducteurs).