Décrochage tournant dans un diffuseur lisse radial : Étude de stabilité et effet sur la performance.

• Main Author: Heng, Yaguang
• Other Authors: Paris, ENSAM
• Language: fr
• Published: 2017
• Subjects: Stabilité; Turbomachines; Non-Linearité; Stability Analysis; Turbomachinery; Non-Linear
• Online Access: http://www.theses.fr/2017ENAM0049/document

Résumé: Le comportement des turbomachines (pompes, compresseurs) fonctionnant à des conditions hors conception, et particulièrement aux débits partiels, est sujet à des phénomènes d'instabilité qui pourraient affecter leur performance et peuvent être dramatiques pour les machines ou leur environnement. Cette étude se concentre sur la décrochage tournant dans un diffuseur lisse radial. L'objectif est proposer un modèle théorique pour prédire rapidement les caractéristiques de décrochage tournant. Une étude expérimentale est effectuée en premier pour obtenir les caractéristiques de décrochage tournant dans un transparent diffuseur lisse d’une roué radiale. L'effet de décrochage tournant sur la performance du diffuseur est discuté basé sur les mesures de pression statique. Le résultat montre que décrochage tournant amélioré la récupération de la diffuseur pression, et les raisons sont proposes. Basé sur la configuration expérimentale, une analyse de stabilité linéaire qui est construit par l'équation de continuité, l'équation de la quantité de mouvement et les équations de vorticité, est propose. Les caractéristiques expérimentales de décrochage tournant: le nombre et la vitesse de propagation des cellules de décrochage tournant, sont calculés théoriquement. Le taux de croissance dans le modèle linéaire, est proposé pour déterminer la critique condition de décrochage tournant, et le dominant mode de décrochage tournant lorsque différents modes existent par intermittence. La théorique vitesse et pression fluctuations sont tracées pour décrire le débit du diffuseur à l'état de décrochage. Les capacités et les limites de la linéaire stabilité analyse sont conclues par la comparaison entre les résultats théoriques et expérimentaux. Ensuit, une non linéaire stabilité analyse est étendue pour considérer les non linéaires combinaisons qui sont négligées dans le modèle linéaire. L'objectif est donner des corrections (par termes non linéaires) aux résultats linéaires, les conclusions et les discussions sont faites à la fin. === Abstract:The behavior of work-absorbing turbomachines (pumps, compressors) operating at off design conditions, and especially at partial flow rates, is subject to instability phenomena that could affect their performance and can be dramatic for the machines or their environment. This study is focused on the rotating stall in the vaneless diffuser, the objective is to propose a theoretical model to fast predict the characteristics of such an instability. An experimental study is performed first to obtain those characteristics of rotating stall in a transparent vaneless diffuser of a radial impeller. The effect of rotating stall on the diffuser performance is discussed based on the static pressure measurements. The result shows rotating stall improved the diffuser pressure recovery, and the reasons are proposed. Based on the experimental setup, a linear stability analysis which is constructed by the continuity equation, momentum equation and vorticity equations, is proposed. The experimental characteristics of rotating stall: number and propagation velocity of stall cells, are theoretical calculated. The growth rate in the linear model, is proposed to determine the critical stall condition, and the dominant stall mode when different stall modes exist intermittently. The theoretical velocity and pressure fluctuations are also plotted to show the diffuser flow at stall condition. The abilities and limits of the linear stability analysis are concluded through the comparisons between theoretical and experimental results. Based on the linear model, a nonlinear stability analysis is extended to consider the nonlinear combinations which are neglected in the linear model, the aim is to give corrections (from nonlinear terms) to the linear results of rotating stall, the conclusions and discussions are made at the end.