Modelisation Des Ecoulements Confines Entre Un Stator Et Un Rotor Ultra Rapide
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Modélisation des écoulements confinés entre un stator et un rotor ultra-rapide
Le projet e-MECA : electro-Mécanique Embarquée à Compacité Améliorée, dont l'objectif est de concevoir une machine ultra compacte et ultra rapide à une puissance utile de 12Kw, trouve son application dans les véhicules mild et full hybrides. Ce type de machine présente en effet un fort potentiel de déploiement industriel en très grandes séries à des prix abordables. Pour ces machines, les pertes de charge liées aux écoulements dans le jeu constituent des enjeux essentiels pour les constructeurs. La présente étude porte sur le moyen d'identifier de ces pertes des machines électriques ultra-compactes et ultra-rapides (50 000 rpm).Cette thèse a pour objet l'étude des pertes aérauliques dans l'espace entre le rotor et le stator d'une machine électrique ultra-rapide (≈ 250 m/s) et ultra-compacte (0,5mm - 2mm d'entrefer), en cherchant à répondre aux spécifications élaborées par nos partenaires dans le cadre du projet e-MECA.
Etude expérimentale des structures d'écoulement dans l'espace rotor-stator d'un moteur électrique rapide de type ouvert
NOTRE ETUDE A POUR OBJECTIF DE MIEUX CARACTERISER L'ECOULEMENT DANS L'ENTREFER DES MOTEURS ELECTRIQUES RAPIDES DE TYPE OUVERT. CECI AFIN D'AMELIORER LE REFROIDISSEMENT DE CES MOTEURS EN OPTIMISANT LES ECHANGES THERMIQUES PAR CONVECTION FORCEE. LA CONNAISSANCE DE DONNEES PHYSIQUES (CONDITIONS AUX LIMITES ET PARAMETRES A PRIORI MAL CONNUS), OBTENUES EXPERIMENTALEMENT EST INDISPENSABLE AU DEVELOPPEMENT ET LA MISE EN UVRE DE CALCULS PERMETTANT LA MODELISATION DE L'ECOULEMENT DANS CETTE GEOMETRIE PARTICULIERE (ENTREFER ENCOCHE). NOS ESSAIS ONT CONSISTE EN DES VISUALISATIONS ET DES MESURES DE VITESSES. LA METHODE DE MESURE UTILISE L'ANEMOMETRIE LASER TANDIS QUE LES VISUALISATIONS S'EFFECTUENT PAR TOMOGRAPHIE LASER OU PAR ECLAIRAGE CLASSIQUE AU MOYEN DE SPOT HALOGENE PUISSANT. DEUX SERIES D'ESSAIS ONT ETE EFFECTUEES: L'UNE CORRESPONDANT A UN ECOULEMENT DE ROTATION SANS DEBIT AXIAL, PERMET DE FAIRE APPARAITRE L'INFLUENCE DE LA GEOMETRIE SUR LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT. EN EFFET, ON S'EST ATTACHE A INDIQUER LES MODIFICATIONS RESULTANT DE LA PRESENCE DES ENCOCHES PAR RAPPORT AU PROBLEME ANALOGUE DE COUETTE-TAYLOR ENTRE CYLINDRES LISSES. L'AUTRE AVEC ROTATION ET DEBIT AXIAL A POUR BUT D'OBTENIR EN PREMIERES APPROCHES LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DE L'ECOULEMENT DANS DES CONDITIONS QUI SE RAPPROCHENT DE CELLES D'UN MOTEUR REEL DE TYPE OUVERT. LES EVOLUTIONS DES GRANDEURS INSTATIONNAIRES (VITESSES MOYENNES, FLUCTUATIONS MOYENNES) ONT ETE DETERMINEES EN DIVERSES SECTIONS PUIS INTERPRETEES. UNE ESTIMATION DU DEBIT D'ENCOCHE A ETE EFFECTUEE AFIN DE PERMETTRE D'EVALUER LE ROLE DE L'ENCOCHE DANS LE TRANSFERT DE MASSE DONT DEPENDENT LES ECHANGES CONVECTIFS. UNE CONFRONTATION DE NOS RESULTATS AVEC CEUX DE LA MODELISATION A PERMIS D'ESTIMER ET D'ORIENTER LE CODE DE CALCUL MIS AU POINT POUR ETUDIER L'ECOULEMENT ET LES TRANSFERTS THERMIQUES DANS CETTE GENERATION DE MOTEURS
Modélisation de la turbulence inhomogène en présence de rotation
ON A DEVELOPPE DES MODELISATIONS AVANCEES DE LA TURBULENCE POUR LE CALCUL D'ECOULEMENTS TURBULENTS CONFINES SOUMIS A UN EFFET DE ROTATION RAPIDE. LES APPLICATIONS SONT NOMBREUSES ET CONCERNENT NOTAMMENT LES ECOULEMENTS TURBULENTS DANS LES ESPACES INTERDISQUES DES TURBOMACHINES. UN CODE DE VOLUMES FINIS PERMETTANT DE METTRE EN UVRE LES MODELES AU SECOND ORDRE DANS LE CAS D'ECOULEMENTS EN ROTATION A ETE MIS AU POINT. POUR CELA, ON A DEVELOPPE UNE PROCEDURE BASEE SUR UN MAILLAGE SEMI-DECALE (GRILLES DECALEES POUR LES VITESSES MAIS PAS POUR LES TENSIONS) PERMETTANT DE RESOUDRE EN BLOC LES EQUATIONS AUX TENSIONS DE REYNOLDS FAVORISANT AINSI LA DEMARCHE PROGRESSIVE VERS UNE MEILLEURE PRISE EN COMPTE DE LA PHYSIQUE: UN MODELE DE TYPE ENERGIE-DISSIPATION, UN MODELAGE ALGEBRIQUE DES TENSIONS DE REYNOLDS, TROIS MODELES D'EQUATIONS DE TRANSPORT DES TENSIONS DE REYNOLDS DONT UNE CONTRIBUTION ORIGINALE PRENANT EN COMPTE CERTAINS EFFETS IMPLICITES DE LA ROTATION QUI AFFECTENT LA TURBULENCE. UN NOMBRE IMPORTANT D'ECOULEMENTS INTERNES SOUMIS A UNE FORTE ROTATION ONT ETE CONSIDERES: CAVITE TOURNANTE SOUMISE A UN FLUX, SYSTEMES ROTOR-STATOR AVEC ET SANS FLUX DE MASSE IMPOSE. LES EXPLOITATIONS ONT PERMIS DE PRECISER LES INFLUENCES DE LA ROTATION ET DU DEBIT IMPOSE SUR LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT ET D'IDENTIFIER LES DIFFERENTS REGIMES. LES CONFRONTATIONS ENTRE PREVISIONS NUMERIQUES ET DONNEES EXPERIMENTALES ONT ETE PRIVILEGIEES, METTANT EN EVIDENCE QUE LES MODELES AU SECOND ORDRE CONSTITUENT UN NIVEAU DE FERMETURE ADEQUAT AFIN D'ETUDIER CES ECOULEMENTS. LE MODELE PRENANT EN COMPTE LES EFFETS DE LA ROTATION SUR LA TURBULENCE A PERMIS D'APPORTER D'IMPORTANTES AMELIORATIONS ET OUVRE AINSI DES PERSPECTIVES NOUVELLES POUR LA PREDETERMINATION DES ECOULEMENTS TURBULENTS CONFINES EN ROTATION