La turbomachine de taille millimétrique est un concept nouveau qui pourrait trouver des applications dans les domaines de la micro propulsion (drones) ou encore celui des batteries à faible encombrement (ordinateurs portables). Les méthodes de fabrication employées dans l’industrie des semi conducteurs assurent aujourd’hui une production à faible coût pour les technologies de type MEMS (Micro Electro Mechanical System). L’ONERA est engagé dans une étude de faisabilité d'une micro-machine thermique. En collaboration avec d’autres départements (DEFA), l’équipe Turbomachine réalise une simulation aérodynamique d'une micro-turbine centripète.
Cette turbine basée sur la technologie MEMS est conçue et étudiée à l’aide d’un code de calcul Navier-Stokes 3D (code elsA). En raison des dimensions mises en jeu (environ 20 mm), la machine fonctionne à faibles nombres de Reynolds (entre 5000 et 50 000). Ce type de configuration entraîne des frottements à la paroi importants et des transferts thermiques plus élevés que dans une turbine conventionnelle. En outre, la technologie employée contraint la géométrie à être 2D (fig. 1). Afin d’optimiser les performances, il est nécessaire de mieux comprendre les effets bas Reynolds. En particulier, une étude a permis d’analyser les effets aérothermodynamiques en fonction de différentes configurations rotor/stator (fig. 2) et a montré que la turbine est capable d’atteindre une puissance de 100W, ce qui correspond à l’objectif fixé.
Figure 1 : vue de la géométrie de la turbine et lignes de courant
Figure 2 : champ de vitesse absolue (gauche) et d’entropie (droite)
à mi hauteur de veine au bord d’attaque du rotor
