Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Modélisation du fonctionnement des compresseurs pendant le déclenchement du pompage

Thématique 1 - Instationnarités et Instabilités Aérodynamiques
Période 01/02/2016-30/06/2020
Contact(s) NGO BOUM Ghislaine
Doctorant ROJDA Ludovic
Partenaire(s) Safran Aircraft Engines (DT - Modules - Méthodes Aérodynamiques)
ISAE-Supaéro (DAEP - Groupe TMP)


Une turbine à gaz est une machine qui permet de fournir de l’énergie au flux de gaz qui la traverse. Les écoulements au sein des différents composants d’une turbine à gaz sont complexes puisque intrinsèquement turbulents et instationnaires. Dans les compresseurs, une des particularités est que la direction de l’écoulement s’oppose à celle du gradient de pression, de sorte que les forces de pression s’opposent aux forces d’inertie. Vers les forts taux de compression, la stabilité aérodynamique de l’écoulement est alors précaire et il suffit d’une légère perturbation aérodynamique pour initier une instabilité du régime de fonctionnement comme le pompage, qui est critique pour l’opérabilité.
Ce phénomène étant systémique, les travaux de thèse ont pour but de modéliser un compresseur haute pression au sein de son environnement banc d’essai durant l’apparition de l’instabilité. Ce type de modélisation vise à permettre une prise en compte pertinente de l’influence des éléments en amont et en aval du compresseur afin de répondre à cette question :
« Quel est l’impact des composants Moteur sur le fonctionnement du compresseur proche pompage et quelle est la stratégie de calcul la plus efficace pour simuler le phénomène de pompage et prédire son impact sur le comportement vibratoire des aubes d’une turbine à gaz ? ».
Le phénomène de pompage étant majoritairement longitudinal, l’approche proposée utilise une résolution numérique tridimensionnelle de l’écoulement dans le compresseur et une résolution monodimensionnelle de l’écoulement dans le reste du système. La méthodologie est alors orientée vers un couplage instationnaire d’un code de calcul CFD RANS 3D (elsA) et d’un code de calcul de performance des turbines à gaz 0D/1D (PROOSIS – Fluidapro) dans l’objectif de simuler un cycle de pompage d’un compresseur en environnement installé. Cette approche permet une réduction significative du coût de calcul en comparaison à une simulation tridimensionnelle instationnaire de l’ensemble du système.
Enfin, les oscillations à faible fréquence et grande amplitude qui affectent le système génèrent des vibrations mécaniques capables de détruire le compresseur puis la turbine à gaz dans son ensemble. On comprend alors aisément tout l’intérêt de prévoir au mieux l’apparition et le développement du pompage.



Figure 1 : Schéma du couplage entre le compresseur 3D et le banc d’essai 1D



Figure 2 : Sondes de pression statique en amont des bords d’attaque des roues mobiles

Documents et publications associés


Rojda L., Ngo Boum G., Trébinjac I., Carbonneau X., "Flow field analysis of a multistage high pressure compressor during surge inception with a CFD zooming approach", ISAIF14, July19, Gdansk, Poland