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Modélisation aérothermique avancée des cavités bore-cooling dans les compresseurs HP

Year: 2024
Type: dissertation
Abstract: Les moteurs à double flux de nouvelle génération exigent une gestion optimaledes échanges de chaleur au sein des disques de rotor dans les étages decompresseur et de turbine pour assurer leur efficacité, leur fiabilité et leurdurabilité. Ces moteurs fonctionnent à des rapports de pression et destempératures d'entrée de turbine de plus en plus élevés, générant des chargesthermiques considérables sur les disques de rotor. Afin de répondre à cescontraintes, un circuit de refroidissement, appelé bore-cooling, estintégré autour de l'arbre central. La modélisation de ces circuits est complexeen raison de structures tourbillonnaires et instables, résultant de laconvection forcée (due au flux axial) et de la convection naturelle (due à laflottabilité centrifuge). Récemment, les modèles LES ont démontré une meilleurecapacité à capturer cette dynamique instationnaire que les modèles RANStraditionnels. Cependant, leur application à l'échelle industrielle reste undéfi majeur en raison des temps de calcul élevés.Cette thèse se concentre sur l'amélioration du modèle compressible de la méthodede Boltzmann sur réseau pour modéliser les écoulements dans ces circuits, ayantdémontré un grand potentiel pour capturer cette physique complexe en des tempsde calcul abordables. Les contributions clés incluent l'extension de la méthodepour modéliser les écoulements en référentiel tournant, intégrant les forces deCoriolis et centrifuge. De plus, un algorithme de raffinement de maillage a étéadapté permettant une meilleure conservation de la masse aux transitions degrille en référentiel tournant. Une nouvelle condition limite basée sur lareconstruction des fonctions de distribution a été développé pour améliorer laprécision des prédictions de transfert de chaleur. Enfin le modèle de paroi aété étendu pour inclure les effets thermiques, permettant de modéliser desconfigurations à fort taux de flottabilité.Le modèle a finalement été validé sur des configurations de complexitécroissante, allant d'une cavité annulaire fermée à un banc d'essai à multiplescavités, démontrant un bon accord avec les profils de température, des résultatsraisonnables de transfert de chaleur et la capacité de reproduire les effets decompressibilité induisant une atténuation des instabilités de Rayleigh-Bénard.Cette thèse établit donc une base solide pour de futurs développements dans lasimulation des circuits de refroidissement des turbomachines à l'échelleindustrielle
Author: Werner, Paul
Language: English
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7130905295
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