| Summary: | Ce travail a été réalisé dans le cadre d’une convention Cifre entre Snecma et le LMFA. L’objectif de ce travail est de développer une méthodologie permettant un calcul Navier Stokes 3D instationnaire du champ aérodynamique dans le compresseur au cours du pompage profond, tout en ayant un temps raisonnable de restitution des résultats. A l’aide de ce champ 3D, une réponse vibratoire des aubes pendant le cycle de pompage pourra être calculée. Le pompage est une instabilité aérodynamique qui s’initie dans le compresseur mais qui est influencé, à travers les pertes induites, par tout le système dans lequel le compresseur est intégré. La méthodologie développée pendant cette thèse permet de modéliser l’intégralité du système (banc d’essai ou moteur). Pour cela, l’écoulement dans le compresseur est calculé en 3D alors que le reste du système est calculé en 1D. Un couplage 1D/3D a donc été mis en place, puis testé sur un cas test académique. La méthode de couplage est ensuite appliquée au calcul du pompage d’un compresseur axial. Le cas d’application turbomachine choisi se base sur le banc d’essai CREATE installé au LMFA et contenant un compresseur haute vitesse de 3.5 étages. Dans un premier temps, la méthode est appliquée sur le dernier étage de CREATE seul. Le pompage profond obtenu sur ce compresseur mono-étage fait l’objet d’une analyse globale puis locale. Il ressort de cette analyse que le cycle de pompage est guidé par la dynamique du volume situé à l’aval du compresseur. Le volume de tranquilisation à l’amont du compresseur induit sur le compresseur une oscillation de pression et de débit à une fréquence environ dix fois plus élevée que la fréquence propre du pompage. L’analyse locale montre que le pompage se déclenche par une progression de l’écoulement de jeu vers les bords d’attaque du rotor. A l’aide du champ de pression statique sur les aubages pendant le pompage, un calcul de structure est mené sur le rotor et le stator. Une réponse vibratoire visible est obtenue après la chute de débit seulement si la fréquence propre du premier mode de vibration est suffisamment basse. Dans une seconde étape, la méthode de couplage est appliquée au pompage des 3.5 étages du compresseur CREATE et son banc d’essai. Le cycle obtenu est comparé aux résultats expérimentaux et à un autre calcul de pompage qui modélise l’intégralité du banc d’essai par les équations de Navier-Stokes 3D. La physique du cycle obtenu est cohérente avec les résultats expérimentaux et numériques pour les phases d’entrée en pompage, d’inversion et de rétablissement du débit. La dernière phase de repressurisation du système est beaucoup plus courte, ce qui en tenant compte des conclusions tirées de la première étape, indique que les cycles comparés correspondent probablement à des positions (angle de fermeture) de vanne aval différentes. === This work is a result of collaboration between Snecma and the LMFA. The purpose of this work is to develop a model able to simulate surge occurrence and development in compressors. This model must provide an unsteady 3D aerodynamic field inside the compressor and must have reasonable computation costs. With this 3D field, it will be possible to compute a vibratory response of blades during surge cycle. Surge is influenced by all the system around the compressor due to pressure losses in the system. With the methodology developed in this study, the whole system may be computed (test bench or engine). For that, flow in the compressor is computed in 3D, while the rest of system is computed with 1D model. A 1D/3D coupling strategy has been set up and validated on an academic test case. Coupling method is then applied for surge modeling of an axial compressor. The turbomachiny case is based on CREATE test bench, installed at LMFA. This bench contains a high speed, compressor of 3.5 stages. In a first step, method is applied only to the last stage of CREATE. A global and local analysis focuses on the deep surge obtained on this one stage compressor. Surge cycle is driven by downstream plenum aerodynamic. Pressure and mass flow oscillation with a frequency ten times higher than surge frequency is due to upstream plenum. Local analysis shows that surge occurence is due to progression of tip clearance flow toward rotor leading edges. With the help of static pressure field on blades during surge, structural computations are done on rotor and stator. A significant vibratory response is obtained after mass flow drop only if the first vibratory mode has a frequency low enough. In a second step, 1D/3D coupling is applied to surge modeling of 3.5 stages of compressor CREATE. Surge cycle obtained is compared to experimental data and to another computation which model the whole test bench with 3D Navier-Stokes equations. Physics of our surge cycle is coherent with these results but our cycle is faster and deeper.
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