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🎓Soutenance de thèse Paul WERNER

  Mercredi 6 novembre 2024Du 9h30 Ă  12h00

  Thèses Cerfacs       Salle JCA, Cerfacs    

Modélisation Aérothermique des Cavités Bore-Cooling dans les Compresseurs Haute-Pression via la Méthode de Boltzmann sur Réseau

ED353 Sciences pour l'IngĂ©nieur : MĂ©canique, Physique, Micro et NanoĂ©lectronique – Aix-Marseille UnversitĂ©

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Les moteurs Ă  double flux de nouvelle gĂ©nĂ©ration exigent une gestion optimale des Ă©changes de chaleur au sein des disques de rotor dans les Ă©tages de compresseur et de turbine pour assurer leur efficacitĂ©, leur fiabilitĂ© et leur durabilitĂ©. Ces moteurs fonctionnent Ă  des rapports de pression et des tempĂ©ratures d’entrĂ©e de turbine de plus en plus Ă©levĂ©s, gĂ©nĂ©rant des charges thermiques considĂ©rables sur les disques de rotor. Afin de rĂ©pondre Ă  ces contraintes, un circuit de refroidissement, appelĂ© bore-cooling, est intĂ©grĂ© autour de l’arbre central. La modĂ©lisation de ces circuits est complexe en raison de structures tourbillonnaires et instables, rĂ©sultant de la convection forcĂ©e (due au flux axial) et de la convection naturelle (due Ă  la flottabilitĂ© centrifuge). RĂ©cemment, les modèles LES ont dĂ©montrĂ© une meilleure capacitĂ© Ă  capturer cette dynamique instationnaire que les modèles RANS traditionnels. Cependant, leur application Ă  l’Ă©chelle industrielle reste un dĂ©fi majeur en raison des temps de calcul Ă©levĂ©s.

Cette thèse se concentre sur l’amĂ©lioration du modèle compressible de la mĂ©thode de Boltzmann sur rĂ©seau pour modĂ©liser les Ă©coulements dans ces circuits, ayant dĂ©montrĂ© un grand potentiel pour capturer cette physique complexe en des temps de calcul abordables. Les contributions clĂ©s incluent l’extension de la mĂ©thode pour modĂ©liser les Ă©coulements en rĂ©fĂ©rentiel tournant, intĂ©grant les forces de Coriolis et centrifuge. De plus, un algorithme de raffinement de maillage a Ă©tĂ© adaptĂ© permettant une meilleure conservation de la masse aux transitions de grille en rĂ©fĂ©rentiel tournant. Une nouvelle condition limite basĂ©e sur la reconstruction des fonctions de distribution a Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ© pour amĂ©liorer la prĂ©cision des prĂ©dictions de transfert de chaleur. Enfin le modèle de paroi a Ă©tĂ© Ă©tendu pour inclure les effets thermiques, permettant de modĂ©liser des configurations Ă  fort taux de flottabilitĂ©.

Le modèle a finalement Ă©tĂ© validĂ© sur des configurations de complexitĂ© croissante, allant d’une cavitĂ© annulaire fermĂ©e Ă  un banc d’essai Ă  multiples cavitĂ©s, dĂ©montrant un bon accord avec les profils de tempĂ©rature, des rĂ©sultats raisonnables de transfert de chaleur et la capacitĂ© de reproduire les effets de compressibilitĂ© induisant une attĂ©nuation des instabilitĂ©s de Rayleigh-BĂ©nard.

Cette thèse Ă©tablit donc une base solide pour de futurs dĂ©veloppements dans la simulation des circuits de refroidissement des turbomachines Ă  l’Ă©chelle industrielle.

Jury

Jonas LATTUniversité de GenèveRapporteur
Adrien TOUTANTUniversité de PerpignanRapporteur
Bérengère PODVINCNRS, EM2CExaminatrice
Nicolas BINDERISAE-SUPAEROExaminateur, Président du jury
Pierre SAGAUTAix-Marseille UniversitéDirecteur de thèse
Jean-François BOUSSUGECERFACSMembre invité
Christophe SCHOLTESSafran Aircraft EnginesMembre invité

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