Instabilités tournantes dans un diffuseur lisse de machine centrifuge

Abstract

Les instabilités des écoulements dans un diffuseur lisse d’une machine centrifuge sont étudiées théoriquement, numériquement et expérimentalement. Sous l’hypothèse d’un écoulement 2D, (i.e. loin des couches limites) la stabilité de chaque mode de décrochage a été étudiée par analyse linéaire, et les composantes du bilan énergétique conduisant à un transfert d’énergie de l’état de base à la perturbation infinitésimale la plus dangereuse sont caractérisées. En considérant les effets des interactions non linéaires et de l’écoulement inhomogène en θ, des simulations numériques sont effectuées pour un modèle 2D d’ordre réduit avec un mode de Fourier imposé sur l’écoulement pour modéliser l’effet du sillage. En outre, une simulation 3D est également réalisée pour étudier l’effet de la couche limite sur les instabilités. Pour produire les conditions limites d’entrée du diffuseur, une approche d’adaptation d’échelle en plusieurs étapes est développée pour déterminer la vitesse de l’écoulement entrante. Elle est dérivée des simulations RANS de l’ensemble de la machine. Enfin, des simulations URANS et des expériences sur l’ensemble de la pompe ont été réalisées, en se concentrant particulièrement sur l’effet sur les instabilités des fuites entre la roue et le diffuseur et l’effet du rapport d’aspect radial du diffuseur.