Modélisation de paroi en simulation des grandes échelles dans une turbomachine

Overview & Synopsis

Les défis énergétiques rencontrés par les motoristes aéronautiques requiert une compréhension plus fine des écoulements régissant leurs turbomachines. La simulation aux grandes échelles (LES) peut combler ce besoin. Cependant, dans le cas de couches limites à des nombres de Reynolds typiques de ceux rencontrés en aéronautique, son coût de calcul devient prohibitif. Une manière d'éviter cet écueil est de recourir à une approche WMLES (Wall-Modeled LES) : la turbulence en proche paroi est modélisée par un modèle de paroi. Toutefois, l'utilisation d'une WMLES sur des géométries industrielles reste une question ouverte. Ainsi, un modèle de paroi adapté aux écoulements de turbomachines est ici développé : l'iWMLES (integral WMLES). Les profils de vitesse et de température sont paramétrisés et les paramètres inconnus sont déterminés pour respecter des conditions aux limites issues des équations de couche limite intégrales. L'iWMLES peut alors prendre en compte les effets de compressibilité, de gradients de température et de pression à un faible coût de calcul. Sa validation est réalisée sur des écoulements académiques : des cas de canal plan isothermes et adiabatiques à différents nombres de Reynolds et de Mach sont considérés, ainsi qu'une couche limite soumise à un gradient de pression adverse. À chaque fois, les moments statistiques jusqu'à l'ordre un sont en accord avec les données de référence. Ces différentes simulations montrent que l'iWMLES a un domaine de validité plus étendu que les modèles de paroi classiques. Enfin, l'iWMLES est appliqué sur un étage de compresseur axial, démontrant sa robustesse, et les résultats sont comparés avec ceux d'une LES résolue en paroi.