Note publique d'information : Les écoulements en turbomachines (et notamment en turboréacteurs) sont caractérisés
par de larges structures tourbillonnaires et de fortes intensités turbulentes. Ainsi,
l’écoulement secondaire dans la région du jeu, en tête d’aube, est l’origine de pertes
d’énergie, d’instabilités et de nuisances sonores. Une simulation fine de ces écoulements
peut être obtenue par l’emploi de méthodes LES (Large-Eddy Simulation), qui permettent
de capturer les fluctuations turbulentes majeures. Compte tenu des phénomènes rencontrés,
le modèle de sous-maille SISM (shear-improved Smagorinsky model) est retenu ici. Ce
modèle est local dans son écriture, et prend en compte l’influence du cisaillement
moyen. Nous proposons ici deux méthodes de filtrage (locales en espace elles aussi)
pour obtenir une évaluation du champ moyen requis par le modèle. Ces méthodes sont,
dans un premier temps, testées sur une configuration de canal plan. L’écoulement en
régime sous-critique autour d’un barreau cylindrique (Re = 4, 7 ×104) est proposé
comme cas-test académique sélectif pour ces méthodes : cet écoulement présente de
larges structures tourbillonnaires ainsi qu’une turbulence intense, tout comme l’écoulement
de jeu. Les simulations permettent l’obtention de résultats très proches des données
expérimentales. Une étude comparée des deux algorithmes d’extraction du champ moyen
montre que l’adaptativité du filtrage de Kalman offre toutefois des résultats légèrement
meilleurs. Enfin, l’analyse d’un écoulement de jeu par une méthode zonale est réalisée
(approche LES en tête d’aube, RANS en pied). La simulation de référence obtient des
résultats remarquables dans la zone de tête d’aube, en retrouvant notamment les spectres
de vitesse expérimentaux. Une seconde simulation avec l’emploi d’un dispositif de
contrôle par aspiration au niveau du carter montre deux conséquences principales à
ce dispositif: une réduction des niveaux de turbulence aux environs de la tête d’aube,
et une modification de la trajectoire du tourbillon de jeu. Celui-ci rencontre l’aube
suivante dans la configuration de référence, ce qui n’est plus le cas dans la configuration
avec contrôle. Ces deux observations ont une importance certaine dans la réduction
des sources acoustiques.
Note publique d'information : Flows in turbomachines such as jet engines are subject to large vortical structures
and strong turbulent intensities. In particular, secondary flows generated in the
fan tip region result in energy losses, instabilities and noise radiation. An accurate
simulation of such flows can be achieved with large-eddy simulation(LES), which reproduces
the most energetic turbulent eddies. In regard of the flowphysics of highly unsteady
wall-bounded flows, the SISM (shear-improved Smagorinsky model) is selected to model
the sub-grid scales in the present study. This model is local and takes into account
the influence of the mean shear. Two smoothing algorithms that are local in space
are developed to evaluate the mean flow required by the model : an exponential averaging
and an adaptative Kalman filter. These methods are first tested in a channel flow
configuration. The numerical approaches are then evaluated on a relevant academic
test case :the flow past a circular cylinder in the sub-critical regime (Re = 4, 7
× 104). This flow is dominated by large quasi-periodic vortical structures together
with high intensity turbulent fluctuations; quite similarly but much simpler than
those found in the tip gap flow. The aerodynamic as well as the acoustic results of
the simulations are in very good agreement with the experimental data. A comparative
study of the two smoothing algorithms for mean-flow extraction shows that the adaptability
of the Kalman filtering leads to slightly better results. Finally, the study of a
fan tip-gap flow is carried out with a zonal approach (LES in the tip region, RANS
in the hub and midspan region). The reference simulation gives remarkable results
in the blade-tip region, particularly for the velocity spectra. A second simulation
with a control device by suction through the casing close to the blade leading edge
shows two interesting features : a reduction of the turbulence level around the blade
tip, and a modification of the tip-vortex trajectory (thus preventing impingement
on the adjacent blade). These effects induce a notable reduction of the noise sources.
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