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Développement d’une méthode Lattice-Boltzmann pour les turbomachines : Vers des simulations de conduits en S

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Les cols de cygnes sont des passages aérodynamiques utilisés dans l’aviation afin de guider l’écoulement sortant du compresseur basse pression vers le compresseur haute pression. Dans un but d’optimisation du poids et de la taille des moteurs, la longueur de ces cols de cygne à tendance à diminuer au cours des dernières années menant à des designs de plus en plus agressifs. Toutefois, ces nouveaux designs ne doivent pas générer de pertes aérodynamiques supplémentaires qui pourraient venir impacter la performance globale du moteur.
L’utilisation de la mécanique des fluides numériques est une pratique courante afin de concevoir les turbomachines. Cependant, les méthodes traditionnelles sont basées sur les modèles de type RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) qui se sont avérés ne pas prédire les niveaux de pertes avec précision. Les approches classiques de Simulation aux Grandes Échelles (SGE) sont quant à elles plus précises mais limitées par leur coût de calcul.
La méthode de Boltzmann sur réseau est alors apparue comme une alternative viable afin de réaliser des calculs (SGE) à un coût satisfaisant. Le cœur de la méthode repose sur un algorithme de collision et propagation, se révélant particulièrement efficace d’un point de vue informatique, ainsi que sur des maillages Cartésien facilement réalisable. Cependant, la LBM a été peu appliquée à la simulation de configurations turbomachines complexes.
L’objectif de cette thèse de doctorat est le développement et la validation de l’approche LBM pour la simulation de cols de cygnes de complexité croissante. La partie de développement concerne l’intégration et la validation de conditions limites caractéristiques d’entrée et de sortie adaptées aux applications turbomachines.
Ces développements ont ensuite permis la simulation d’un col de cygne académique sur laquelle la capacité du code à retrouver les résultats expérimentaux de référence a été démontrée. Ensuite, un col de cygne représentatif d’un cas industriel est simulé et les capacités et limitations du code sont discutées.

Jury

• Stéphane AUBERT, Rapporteur, Professeur, Ecole Centrale de Lyon
• Sofiane KHELLADI,  Rapporteur et président, Professeur, ENSAM Paris
• Jérôme BOUDET, Examinateur, Maître de Conférences, Ecole Centrale de Lyon
• Marlène SANJOSE,  Examinatrice, Professeure, ÉTS, Université du Québec
• Jérôme DE LABORDERIE, Examinateur, Ingénieur, Safran Aircraft Engines
• Pierre SAGAUT, Directeur de thèse, Professeur, Aix-Marseille Université
• Jean-François BOUSSUGE, Co-encadrant, Ingénieur de recherche, CERFACS