Contributions à la modélisation et au calcul des écoulements dans les compresseurs centrifuges : application à la conception par lois de similitude

Abstract

Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une convention CIFRE entre Liebherr Aerospace Toulouse S.A. et le département de Mécanique des Fluides de l'ENSICA. En réponse à des objectifs industriels d'amélioration de la qualité des compresseurs centrifuges de systèmes de conditionnement d'air, et de réduction des délais, deux axes sont étudiés : le diagnostique et l'amélioration de l'outil de simulation numérique en place chez l'industriel, et le développement d'une méthode de conception en similitude. La première partie traite des erreurs de simulation. Les erreurs numériques sont d'abord analysées par un plan d'expériences sur les paramètres de maillage, et quantifiées par l'extrapolation de Richardson. La contribution du modèle de turbulence est ensuite étudiée. Deux corrections pour les effets de rotation et courbure, développées pour des modèles au premier ordre, sont implantées dans le code de calcul. La méthode de vérification et validation permet leur évaluation sur des configurations académique et industrielles. Une synthèse bibliographique des règles de dimensionnement des compresseurs centrifuges débute la seconde partie. L'optimisation d'une machine de référence sert de support à l'application de ces règles. Des résultats d'essais permettent d'évaluer le compromis atteint sur le rendement, la plage de fonctionnement et le bruit de raies émis. La troisième partie concerne la conception par mise à l'échelle. L'approche proposée est basée sur l'application de similitudes restreintes le long de la ligne de meilleur rendement d'un étage. Cette méthode permet de définir un “potentiel de mise à l'échelle", caractéristique de l'ensemble des spécifications couvertes par un étage donné. Une telle notion permet d'envisager la conception de nouvelles machines en s'appuyant sur une base de données d'étages.