Lois analytiques pour les écoulements en cavité rotor-stator (original) (raw)
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2007
On étudie les écoulements non isothermes confinés entre un disque tournant (rotor) et un disque fixe (stator) par simulation numérique directe (DNS) dans le cas d’un écoulement de transition et par modélisation de la turbulence (Reynolds Stress Model noté RSM) pour des forts nombres de Reynolds. Sous l’approximation de Boussinesq, les résultats de la DNS montrent que les effets de variation de densité sont faibles. Les prévisions du modèle RSM sont ensuite comparées à des données disponibles dans la littérature et étendus pour une large gamme de nombre de Prandtl en conservant la densité constante.
Comptes Rendus De L Academie Des Sciences Serie Ii Fascicule B-mecanique Physique Astronomie, 1999
On étudie les écoulements stationnaires par simulation numérique. Les états stationnaires sont calculés avec une méthode de Newton par adaptation d'un code temporel pseudo-spectral. On montre que le nombre de Reynolds fondé sur la hauteur d'entrefer permet une bonne description de l'écoulement et pilote l'épaisseur des couches limites.Steady axisymmetric flows in disk systems are investigated numerically. Steady states are calculated by adapting a temporal pseudo-spectral code in order to carry out Newton's method. It is shown that the Reynolds number based on height H yields a good description of the flow and controls the thickness of the boundary layers.
Seuils d'instabilités des écoulements de type rotor-stator avec flux axial
Comptes Rendus Mecanique, 2006
Cette Note propose une étude expérimentale sur la stabilité des écoulements dans une cavité de type rotor–stator soumis à un flux axial. Les diagrammes de stabilité ont été établis, par visualisations de l’écoulement, dans le plan (Re,Vz), où Re est un nombre de Reynolds global et Vz est la vitesse axiale imposée en entrée de la cavité adimensionnée par celle du rotor. Trois rapports d’aspect G de la cavité ont été considérés, couvrant la gamme des écoulements de type Batchelor à couches limites séparées et celle des écoulements de type Couette de torsion à couches limites jointes. On montre ainsi l’influence de la rotation, de la géométrie et surtout celle d’un flux axial sur les seuils d’apparition et de disparition des instabilités. De nouvelles structures apparaissent également par rapport au cas sans flux.
Structuration de la solution stationnaire des écoulements interdisques en configuration rotor-stator
Comptes Rendus De L Academie Des Sciences Serie Ii Fascicule B-mecanique Physique Astronomie, 1999
On étudie les écoulements stationnaires par simulation numérique. Les états stationnaires sont calculés avec une méthode de Newton par adaptation d'un code temporel pseudo-spectral. On met en évidence la zone de validité de la solution de similitude près de l'axe, la zone de recirculation près de l'enveloppe et entre les deux, une région de pseudo-similitude où les profils de vitesse sont homothétiques.Steady axisymmetric flows in disk systems are investigated numerically. Steady states are calculated by adapting a temporal pseudo-spectral code in order to carry out Newton's method. A self-similar solution is shown to exist surrounding the axis, with a recirculating zone near the end-wall. Between these two zones is a pseudo-similar region where velocity profiles collapse according to a dilatation law which is a function of the aspect ratio.
Écoulement turbulent dans une cavité rotor-stator fermée de grand rapport d'aspect
Comptes Rendus Mécanique, 2005
Cet article propose une étude expérimentale et numérique d’écoulement turbulent dans une cavité annulaire fermée de type rotor–stator. Les résultats issus d’une simulation numérique directe sont comparés à des mesures de vitesses par anémométrie laser Doppler pour un écoulement turbulent à nombre de Reynolds Re=95000, dans une cavité de grand rapport d’aspect G=18,32. Un bon accord entre les deux approches a été obtenu pour les champs moyen et turbulent.
Ecoulements de type rotor-stator soumis à un flux axial: de Batchelor à Stewartson
Cette étude expérimentale et numérique porte sur la caractérisation des écoulements de type rotor-stator soumis à un flux axial selon deux angles : turbulence et stabilité. De nouvelles mesures par LDA sont comparées aux prévisions d'un modèle avancé de transport des tensions de Reynolds essentiellement pour les écoulements turbulents à couches limites séparées. Cette confrontation a permis d'approfondir les propriétés des écoulements soumis à une forte rotation. Dans le cas d'une cavité fermée ou lorsqu'un flux centripète est imposé, la structuration de l'écoulement est de type Batchelor : la couche limite du rotor et celle du stator sont séparées par un noyau central en rotation. La vitesse tangentielle dans le noyau est proportionnelle à la vitesse locale du disque avec un coefficient de proportionnalité K. Ce coefficient peut être déterminé à partir d'un coefficient local de débit selon une loi analytique dont les deux coefficients dépendent uniquement du taux de prérotation du fluide. Cette loi est indépendante de l'espace interdisque et de la géométrie. Pour de forts flux centrifuges, la structuration de l'écoulement devient de type Stewartson avec une couche limite unique sur le rotor. La transition entre ces deux structurations peut être caractérisée par un nombre de Rossby basé sur l'espace radial entre le rotor et le cylindre extérieur. Cette transition est continue et indépendante de la géométrie de la cavité. La turbulence est concentrée dans les couches limites et augmente du centre vers la périphérie du disque. Lorsqu'un flux est imposé, la zone relaminarisée proche de l'axe observée en cavité fermée, disparaît et la turbulence est maximale près des zones d'entrée et de sortie du fluide. L'influence d'un flux sur la stabilité des écoulements de type Couette de torsion à couches limites jointes, de type mixte et de type Batchelor a également été étudiée à partir de visualisations de l'écoulement. Les réseaux de cercles concentriques et de spirales mais aussi les ondes solitaires et les spots turbulents observés en cavité fermée subsistent en présence d'un flux mais les seuils d'apparition et de disparition sont décalés. De nouvelles instabilités essentiellement sous la forme de spirales apparaissent également. Une instabilité de type crossflow", générique de ce type d'écoulement, a été observée. Elle se développe sous la forme de spirales positives, notées RSJ2, localisées en périphérie de la cavité. Elle est due au point d'inflexion dans le profil axial de la composante radiale de la vitesse.
Sur les écoulements de disque tournant
2007
Les écoulements de disque(s) tournant(s) trouvent des applications dans des domaines très variés comme l’astrophysique, la géophysique et surtout les turbomachines. Une majeure partie de cette étude concerne d’ailleurs les écoulements turbulents de type rotor-stator soumis à un flux axial, écoulements que l’on retrouve dans la turbopompe à hydrogène liquide du moteur Vulcain d’Ariane V. D’un point de vue fondamental, ils offrent une géométrie simple ou la rotation influence la structure de la turbulence. Cet article présente une revue sur les écoulements confinés entre un disque tournant et un disque fixe avec ou sans flux imposé pour une gamme de rapport d’aspect couvrant les ´ecoulements de type Batchelor à couches limites séparées et les écoulements de type Couette de torsion à couches limites jointes. Ces écoulements ont été abordés sous différents aspects : stabilité, transition vers la turbulence et écoulements pleinement turbulents, que ce soit expérimentalement ou par simulation numérique. Des résultats concernant des écoulements turbulents avec transferts de chaleur, plus proches des écoulements industriels, sont également présentés.