Amélioration du design et prédiction des vitesses moyennes de sortie de buses à jet cohérent pour les procédés de rectification à l'aide de la CFD

• Main Author: St-Pierre, Benoît
• Format: Others
• Published: École de technologie supérieure 2008
• Online Access: http://espace.etsmtl.ca/622/1/ST%2DPIERRE_Beno%C3%AEt.pdf; http://espace.etsmtl.ca/622/2/ST%2DPIERRE_Beno%C3%AEt%2Dweb.pdf

Afin de produire des moteurs plus efficaces, les fabricants de turbomachines ajoutent des étages de compresseur à leurs nouveaux moteurs et les départements de fabrication de ceuxci doivent augmenter leur producfivité tout en diminuant leurs coûts. L'ajout de ces étages de compresseur cause l'augmentation des pressions et des températures de ces composantes moteurs. Pour contrer ce problème, les départements d'ingénierie utilisent alors des alliages à haute résistance thennique pour leur fabrication, soit des alliages de nickel. Toutefois, ces alliages sont très difficiles à mettre en fonne par des procédés d'usinage conventionnels. Ainsi, afin d'usiner efficacement ces alliages, les procédés de recfification tel que le Conlinuous Dress Creep Feed (CDCF), ont toujours été le choix logique. Cependant, la productivité de ces procédés est principalement limitée par les marques de brûlure qui apparaissent sur les surfaces usinées lors de coupes trop agressives. Une solution simple à ce problème consiste à améliorer la concepfion des buses pour liquide de refroidissement (coolant) existantes afin qu'elles produisent un jet plus cohérent. Ce projet de recherche propose donc une méthode qui pennct de prédire la cohérence du jet de fluide produit par une buse. De plus, il pennet d'opfimiser le design de la buse afin qu'elle produise un jet plus cohérent et tout cela à l'aide d'un logiciel commercial de CFD, c'est-àdire FLUENT 6.3. Ainsi, la méthode proposée se base sur l'évolution du profil de vitesse fourni par FLUENT pour une buse de type Webster et sur les mesures expérimentales de cohérence du jet afin d'élaborer un modèle semi-empirique qui pennet de faire le lien entre ces deux résultats. En effet, pour une buse donnée, il est possible de prédire précisément l'ouverture physique du jet que celle-ci produira en ufilisant l'ouverture du profil de vitesse fourni par FLUENT et le modèle semi-empirique développé dans cette recherche. Ensuite, à l'aide de FLUENT, il a été possible de simuler l'écoulement de fluide à l'intérieur d'une buse et d'identifier les zones de cavitation qui s'y trouvent afin de les diminuer en modifiant la géométrie inténeure. Ainsi, ce nouveau concept de buse pennet de produire un jet plus cohérent que celui produit par une buse de type Webster. D'ailleurs, ceci a été vérifié à l'aide du modèle semi-empirique en plus d'être validée lors d'essais expérimentaux. Des essais de coupes ont finalement été réalisés afin de comparer la buse « Webster » au nouveau concept de buse proposée. Les résultats obtenus démontrent que le nouveau concept permet d'augmenter la durée de vie de la meule de plus de 15% tout en diminuant légèrement l'énergie nécessaire à la coupe et cela en conservant un fini de surface similaire. Finalement, une étude comparafive entre FLUENT et l'équafion de Bemoulli utilisée pour la prédicfion de la vitesse moyenne à la sortie d'une buse est réalisée. Cette comparaison a permis de vérifier que l'omission de la turbulence et de la cavitation présentes dans l'écoulement influence grandement la vitesse moyenne à la sortie de la buse.