Développement d'une méthode de simulation de pompage au sein d'un compresseur multi-étagé

Le pompage est un phénomène instationnaire, qui peut apparaître lorsque le compresseur opère à un débit trop faible par rapport à son point de conception. Cette instabilité aérodynamique est caractérisée par de grandes oscillations de pression et de débit, résultant en une perte de puissance soudaine de la turbine à gaz et pouvant créer des dommages importants sur les composants du moteur. La méthodologie développée à travers ce mémoire permet de simuler le comportement du fluide au sein d'un compresseur multi-étagé pendant le phénomène de pompage, et de ce fait prédire, lors de la phase de conception, la variation temporelle des forces aérodynamiques appliquées sur les pales, ainsi que la pression et la température aux points d'extraction d'air dans le compresseur pour le refroidissement des turbines. Bien que le compresseur soit l'élément d'intérêt et déclencheur du phénomène de pompage, le comportement du fluide durant cette instabilité est également dépendant des autres composants du moteur (chambre à combustion, turbine, conduites). Cependant, une simulation numérique de l'intégralité de la turbine à gaz ne peut être effectuée de façon pratique avec les technologies actuelles. L'approche utilisée consiste en un couplage d'une résolution numérique (CFD) 3D des équations moyennées de Navier-Stokes (RANS) du compresseur, avec des équations unidimensionnelles (qui représentent le comportement des autres éléments) appliquées sous forme de conditions limites dynamiques. La méthode fut mise en pratique avec un code commercial CFD RANS (CFX), dont certaines options facilitent l'implémentation des équations 1D aux conditions limites dynamiques du modèle CFD. De plus, afin d'obtenir des temps de calculs raisonnables, un seul passage d'aube par rangée d'aubes du compresseur fut simulé pour capturer le phénomène essentiellement unidimensionnel qu'est le pompage. Cette méthodologie fut appliquée à plusieurs géométries de compresseurs, aux caractéristiques bien particulières. Des simulations sur un compresseur axial multi-étagé, basse vitesse (incompressible), ont notamment permis de valider les résultats obtenus numériquement avec des données expérimentales, montrant que l'amplitude des oscillations en pression et en débit étaient bien capturées. La forte dépendance de la fréquence des oscillations envers le volume du plénum (chambre à combustion) fut notamment mise en avant.