Contribution à une étude d’un écoulement à travers une pompe centrifuge

Abstract

Ce mémoire a pour objectif de présenter et d'interpréter les résultats des calculs expérimentales et numériques de la distribution des contraintes et des efforts aérodynamiques appliqués sur le profil d’aube de turbomachine, ainsi que les interactions roue diffuseur sur ces différentes formes sur un modèle de pompe dénommé «pompe SHF», afin d’éclaircir les phénomènes physiques décrits par la théorie. Dans un premier temps on va étudier l’écoulement autour d’un profil d’aube de turbomachine. Une attention particulière sera portée sur l’évolution de la distribution du coefficient de pression autour du profil ainsi que du coefficient de portance afin de bien comprendre les contraintes aérodynamiques que subit de tels profils. Un modèle de pompe dénommé «pompe SHF», fonctionnant à l’air a fait l’objet d’une deuxième investigation. Des mesures globales et locales visant à caractériser les performances de la roue et du diffuseur ont été réalisées au Laboratoire de Mécanique des fluides de Lille sur un banc d’essai, nommé RESEDA afin de permettre une comparaison avec les résultats de calculs 3D stationnaires de type «Frozen rotor». Ces essais ont été réalisés pour cinq débits différents. Plusieurs positions de prises de pressions statiques et pariétales, réparties dans l’ensemble de la machine et plus particulièrement entre l’entrée et la sortie du diffuseur, mais aussi à l’intérieur de ce dernier, permettent d’évaluer les performances et leurs évolutions. D’autre part, des simulations numériques ont été réalisées pour les mêmes conditions précédentes en utilisant le logiciel STAR-CCM+, sur huit différentes positions angulaires relatives de l'aube du diffuseur par rapport à l'aube la roue. Les résultats expérimentaux sont comparés aux résultats obtenus par simulations numériques. Les résultats présentés ici s’attachent plus particulièrement à la performance de la roue jusqu’en entrée de diffuseur. Ces comparaisons permettent de déceler les zones de fonctionnement ou la modélisation des performances globales de la roue doivent être critiquée voire améliorées. Les résultats numériques ont prouvé une bonne concordance avec l’expérimentale, une marge d’erreur acceptable définit la fiabilité du résultat obtenu.