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DAFE - Aérodynamique fondamentale et expérimentale

Tourbillon de jeu d'aube dans les compresseurs

Des tourbillons dits « de jeu » se forment dans les turbomachines au niveau de l'interstice entre le carter et les aubes. On s'intéresse à ce tourbillon car il engendre pertes et bruit dans les machines. Nous avons abordé ce problème au moyen d’une comparaison entre la dynamique de cet écoulement et celle, mieux connue, de l’écoulement obtenu sans l’effet visqueux induit par la présence du carter. Pour cela, nous avons utilisé les deux dispositifs expérimentaux décrits sur la figure ci-dessous. Le premier dispositif comportait une aile (NACA 0012) placée au dessus d’une plaque plane (figure de gauche). Dans le second dispositif, la plaque était supprimée et remplacée par une aile jumelle placée en vis-à-vis de la première. Ce principe revient à suprimer l’effet visqueux de la plaque tout en conservant son effet potentiel de confinement.

Après avoir caractérisé à l’aide d’une sonde de pression multitrous les différentes propriétés moyennes de ces deux écoulement, nous nous sommes focalisés sur leurs propriétés instationnaires, avec l’objectif d’essayer de dégager des pistes pour dissiper les tourbillons de jeu. Nous nous sommes intéressés notamment à l'instabilité de Crow reconnue comme la plus efficace pour dissiper la structure dipolaire obtenue en l’absence de plaque séparatrice. Nous avons alors démontré au moyen de mesures PIV stéréoscopiques classiques que l’instabilité de Crow est atténuée par la présence de la couche limite de la plaque. Ce changement de dynamique induit par la plaque provient de la formation de vorticité de signe opposé au niveau de la plaque. Cette vorticité a pour effet de soulever le tourbillon de jeu ce qui l’éloigne de son image. Cela réduit le principal facteur de l'instabilité de Crow, à savoir l'étirement induit par le tourbillon image. A titre d’illustration, la figure de droite ci-dessus compare la dispersion statistique du centre du tourbillon avec ou sans plaque plane, et montre que cette dernière réduit le mouvement du tourbillon. A cette occasion, une méthode originale de détection de l'instabilité de Crow a été mise au point au moyen de la PIV réolue en temps. Elle est basée sur la corrélation des mouvements des centres des deux tourbillons.

 

Références
 

Rabinovitch, Brion, Jacquin, Validity of a vortex pair model to analyze the dynamics of the tip leakage vortex in compressors, 46th Symposium of Applied Aerodynamics

Polytech’Orléans, 28-30 March 2011.

 

Brion, Jacquin, analysis of the tip leakage vortex dynamics with a slotted wing apparatus, European Turbomachinery Conference 2011, Istanbul, 24 march 2011.

 

Brion, Jacquin, measurements of a turbulent vortex pair using time resolved PIV, AIAA Fluid Dynamics Conference, 29th June 2011.

 

Rabinovitch, Brion, Blanquart, Effect of a splitter plate on the dynamics of a vortex pair, Physics of Fluids, vol. 24, 2012

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