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Modélisation de parois pour la simulation aux grandes échelles d’écoulements de turbomachines

ED MEGEP – [Subject to defense authorization]

Les objectifs environnementaux et opérationnels ambitieux de l’industrie aéronautique nécessitent des avancées constantes dans les systèmes de propulsion, notamment en termes d’efficacité, d’émissions et de réduction de bruit. La dynamique des fluides numérique (CFD en anglais) joue un rôle essentiel dans la réalisation de ces objectifs en simulant les écoulements dans des composants tels que les compresseurs, les turbines, les chambres de combustion et les tuyères. Parmi les techniques de CFD, la simulation aux grandes turbulences (SGE ou LES en anglais) s’impose comme une approche de haute fidélité pour capturer la dynamique des écoulements turbulents et les mécanismes de perte dans les turbomachines. Cependant, le coût de calcul important de la LES, en particulier pour les écoulements à haut nombre de Reynolds dans des géométries complexes, reste un obstacle important à la généralisation de son applications pratique. Les modèles de paroi offrent une solution en modélisant l’écoulement près de la paroi plutôt qu’en le résolvant complètement, réduisant ainsi le coût de calcul tout en préservant les nombreux avantages de la LES.
L’objectif de cette thèse est de relever certains des défis de la modélisation de paroi afin d’assurer la pertinence physique des modèles de parois pour les turbomachines et d’améliorer leur intégration dans le cadre de la LES. Un modèle de paroi TBLE (Thin Boundary Layer Equations), conçu pour prendre en compte les effets du gradient de pression, a été implémenté dans le solveur massivement parallèle AVBP. En outre, un modèle de fluctuation stochastique utilisé pour corriger les modèles de sous-maille (SGS) près des murs a été étudié et amélioré pour traiter le décalage dans les profils de vitesse (Log-Layer mismatch) dû au couplage entre les modèles de paroi et le solveur LES.
Les principaux résultats présentés dans cette thèse comprennent la validation des modèles mis en œuvre, à la fois indépendamment et conjointement, sur les cas académiques du canal turbulent des collines périodiques. Les modèles ont ensuite été appliqués à des cas de turbomachines comprenant une cascade d’aubes de turbine haute pression et une configuration rotor/stator de fan.

Jury

Xavier Gloerfelt	ENSAM	Rapporteur
Alexis Giauque	ECL	Rapporteur
Maria Vittoria Salveti	Universita di Pisa	Examinatrice
Ronan Vicquelin	CentraleSupelec	Examinateur
Koen Hillewaert	Université de Liège	Examinateur
Florent Duchaine	CERFACS	Directeur de thèse
Éric Lippinois	Safran Aicraft Engine	Membre invité
Thomas Grosnickel	Safran Helicopter Engines	Membre invité