Aérodynamique des turbomachines Ecoulements instationnaires
En raison du mouvement relatif des aubes du rotor par rapport à celles du stator, l’écoulement dans les turbomachines est fortement instationnaire. Pour réduire l’encombrement des machines, il est nécessaire de diminuer les distances axiales entre rotor et stator successifs, ce qui tend à intensifier les effets instationnaires. La compréhension de ces phénomènes est incontournable pour mieux maîtriser la conception des machines. L’amélioration continue de la puissance de calcul des ordinateurs, conjuguée au développement des méthodes numériques, rend le calcul d’écoulement 3D instationnaire accessible. L’équipe Turbomachine dispose ainsi d’outils adaptés pour simuler, analyser et mieux comprendre les mécanismes complexes qui siègent dans les turbomachines.
Le projet ADTurb
La simulation de l’écoulement dans la totalité des canaux d’une machine multi-étages est encore difficilement accessible, en raison des ressources de calcul nécessaires. Cependant, les propriétés de périodicité spatio-temporelles de l’écoulement peuvent être utilisées pour concevoir des solutions permettant de pallier cette difficulté. Ainsi il est possible de ne simuler qu’un seul canal de chaque roue (calcul chorochronique) ou seulement une partie des canaux des roues fixes et mobiles (technique RNA - Réduction du Nombre d’Aubes). Dans le cadre du projet ADTurB, qui visait à améliorer la prévision des phénomènes aéroélastiques dans les turbines axiales, des simulations instationnaires 3D [vidéo] ont été réalisées puis comparées aux mesures fournies par le DLR (fig. 1).
Figure 1 : évolution temporelle du champ de Mach relatif
(haut : calcul RNA, bas: mesures par LDV)
Traitement des signaux instationnaires
Les phénomènes instationnaires qui prennent place dans les turbomachines ne sont pas toujours périodiques en temps, notamment lors des phases de régime transitoire (démarrage, arrêt) ou l’entrée dans des régimes instables. L’utilisation de la Transformée de Fourier pour analyser les signaux n’est alors plus suffisante et la mise en oeuvre de méthodes mieux adaptée est indispensable. Dans ces conditions, les représentations temps/fréquence (ondelettes, Fourier à fenêtre glissante) sont des techniques qui permettent d’obtenir des informations plus complètes et permettent de mieux comprendre la structure de l’écoulement (figure 2).
Figure 2 : représentation temps/fréquence
d’un signal instationnaire de pression
(calcul sur banc compresseur CME2-Lemfi)
