Le défi
Etre capable de calculer un moteur complet de turbine à gaz (c'est à dire tous les composants depuis le compresseur à la turbine et ce sur les 360 degrés du moteur) est la prochaine frontière en matière de calcul dans le domaine des turbines. C’est l’objectif du défi COUGAR initié par le Cerfacs avec ses partenaires au début des années 2010. Il n'est plus possible de calculer une turbine de façon précise et d’en optimiser le design sans connaitre l’écoulement qui alimente cette turbine. Ceci nécessité de lier les conditions d'entrée de la turbine à celles de la sortie de la chambre de combustion. Etre capable d’optimiser une turbine nécessitera donc de faire un calcul couplé de tous ses éléments. En fait, le même argument s'applique partout dans le moteur et les concepteurs de moteurs savent aujourd'hui que le couplage de leurs outils de simulation est devenu indispensable. Au sein de COUGAR, le Cerfacs coordonne des recherches sur les simulations de la combustion dans la chambre, l’écoulement dans le compresseur et la turbine et les méthodes de couplage entre tous ces éléments sur des ordinateurs massivement parallèles.
L’ objectif
L’objectif est de faire le calcul instationnaire de toute la machine (compresseur / chambre / turbine) ou d’au moins deux de ses composants (chambre / turbine, compresseur / chambre). Cet objectif dépasse de loin les techniques actuelles de simulation et nécessite de mobiliser des ressources considérables. Le Cerfacs est associé à l’ONERA pour le développement de la méthode de couplage (par un code Opensource appelé OpenPalm) qui permet de coupler de multiples codes de simulation dans la chambre de combustion et dans les éléments qui l’entourent. Le défi COUGAR est soutenu par des contrats Européens, nationaux et régionaux ainsi que par les actionnaires du Cerfacs.
Simulation du fonctionnement d’une turbine
La simulation complète instationnaire d’une turbine à gaz qui nécessite le couplage des calculs de compresseurs, de chambre de combustion et de turbine sur des machines parallèles de très forte capacité, comme le montre la figure ci-dessous :
Unsteady simulation of a gas turbine
Un exemple de calcul couplé chambre / turbine est donné ci dessous (thèse de D. Papadogiannis)'
Champ de température (LES) obtenu avec le code AVBP (Thèse de D. Papadogiannis)
