Mémoires de Fin d’Etudes
Etablissement
Université Blida1- Saad Dahlab
Affiliation
Département d’Aéronautique
Auteur
HAMIDI, Narimane
Directeur de thèse
Tahar rezoug (Maitre de conférence)
Co-directeur
S. PONCET (Maitre de conférence)
Filière
Aéronautique
Diplôme
Doctorat
Titre
Modélisation des transferts de chaleur et de masse dans les systèmes de Taylor-Couette-Poiseuille. Application aux machines tournantes en régime extrême.
Mots clés
transferts de chaleur , systèmes de Taylor-Couette-Poiseuille
Résumé
Ce sujet de thèse porte sur la recherche des performances des machines tournantes, machines omniprésentes dans les milieux de l’aéronautique, du transport ferroviaire ou de l’éolien. Ce type d’écoulements sera modélisé par une cavité formée de deux cylindres concentriques (longueur h, espace intercylindre e), dont seul le cylindre intérieur est en rotation. Ce type de dispositif rotor-stator, dit de Taylor-Couette, est caractéristique des cavités rencontrées dans les moteurs électriques (Figure 1) utilisés notamment dans les pack de conditionnement d’air. En effet dans les machines réelles, le rapport d’aspect h/e est de l’ordre de 100 et les taux de rotation Ω peuvent atteindre 105 tr/min, ce qui engendre ainsi des échauffements importants au niveau des parties tournantes. Pour éviter la création de points chauds et par là une éventuelle rupture mécanique du rotor, celui-ci est refroidi alors par un écoulement d’air frais à un débit Q pouvant atteindre 100 g/s. Les gradients thermiques sont de l’ordre de 80 K dans la turbomachine réelle. Il apparaît donc crucial de pouvoir refroidir ces parties tournantes par un débit d’air suffisant, sans pour autant le surestimer pour ne pas entraîner une perte d’efficacité de la machine. A l’heure actuelle, peu d’études se sont intéressées de manière précise à ce type de problématique. Dans leur récent article de revue sur ces écoulements, Fénot et al. (2011) donnent différentes pistes de recherche encore inexplorées : cavité avec un grand espace radial e, avec un cylindre extérieur tournant et un cylindre intérieur fixe, … Ils mettent également en avant le manque d’informations locales sur les coefficients de transfert de chaleur. De manière plus générale, l’objectif est d’atteindre les régimes d’écoulements rencontrés dans les machines réelles et de lever ainsi certains d’atteindre les régimes extrêmes forts taux de rotation (Re=108), forts gradients thermiques rendant l’hypothèse de Boussinesq invalide et une géométrie réelle pouvant être complexe. Pour améliorer les transferts thermiques dans la cavité, les diverses solutions envisagées consistent presque toujours à augmenter les surfaces d’échanges. Cela se fait le plus souvent, soit en ayant un cylindre intérieur rainuré, soit en refroidissant le cylindre intérieur par des canaux rotoriques situés à l’intérieur de celui-ci. Dans les deux cas, cela complexifie sensiblement la géométrie de la cavité. A l’heure actuelle, les puissances de calcul ne permettent pas encore d’effectuer des simulations de type DNS dans les régimes d’écoulements rencontrés dans les machines réelles. Les modèles de turbulence offrent donc toujours une alternative intéressante pour ce type d’application. Le choix d
Notes
vérifié
Statut
Validé