Simulation numérique multi-fidélités de la turbine du banc moteur aéronautique BEARCAT F/H

Job Description

Dans le contexte de la réduction de l’empreinte environnementale du transport aérien, il est nécessaire de concevoir des moteurs de plus en plus optimisés. Une des voies les plus efficaces pour améliorer le rendement thermique du moteur consiste à augmenter la température de l’écoulement en sortie de chambre de combustion, juste avant la première roue de la turbine haute pression. Aujourd’hui, cette température est limitée à la fois par les capacités matériaux et par l’efficacité des dispositifs de refroidissement intégrés aux aubes de turbine.

Par conséquent, la prévision fine de cette température de sortie de chambre, également appelée Température d’Entrée Turbines (ou TET), ainsi que celle des flux de chaleur au niveau des aubes, sont des enjeux de conception majeur. Aujourd’hui, ce type d’étude est essentiellement mené à la fois numériquement et expérimentalement sur des aubes isolées, alimentées par un écoulement qui n’est généralement pas entièrement représentatif de ce qui peut réellement sortir d’une chambre de combustion (manque de représentativité de la composition et/ou de la température). Du point de vue expérimental, ceci est dû à la difficulté de mettre en œuvre des expériences dotées à la fois d’une chambre de combustion et d’une turbine. Du point de vue numérique, la difficulté réside dans la mise au point de méthodologies capables de simuler de manière couplée ces différents éléments en étant efficace, précis et avec un coût de calcul restant acceptable pour un bureau d’étude.

Dans le cadre de cette thèse, on propose justement de dépasser cette situation de simulations unitaires et de s’intéresser aux différents problèmes scientifiques et méthodologiques qu’impliquent une simulation couplée chambre/turbine multi-fidélités, en s’appuyant sur un moyen d’essai unique en France : le banc Bearcat. En effet, ce banc Safran-TECH installé depuis quelques années à BORDES (64510) sur le site de SHE intègre l’ensemble des éléments d’un turbopropulseur réel ainsi que de nombreuses mesures permettant la validation des codes de calcul.

Au niveau des modélisations retenues, l’écoulement dans la turbine sera prioritairement simulé à l’aide d’approches RANS, permettant de traiter de manière efficace et peu coûteuse des configurations de turbomachines multi-étagées. Du point de vue de la représentation des espèces du mélange, les approches mono, bi et multi-espèces seront comparées. Concernant l’écoulement au travers de la chambre de combustion, il est important que celui-ci soit modélisé à l’aide d’approches type LES, permettant de bien reproduire le mélange entre les réactifs.

Complementary Description

Partant de ces deux représentations, les problématiques scientifiques à traiter au niveau du raccord sont le passage de la LES (instationnaire) au RANS (stationnaire) d’une part et la réduction du nombre d’espèces d’autre part. Le premier point a pour objet de reconstruire des échelles de turbulence moyennes à partir de fluctuations alors que le second devra déterminer comment synthétiser une ou plusieurs espèces fictives, représentatives chacune de deux espèces ou plus.

Pour la partie turbine, les code ONERA elsA ou Sonics, développés à l’ONERA, seront mis en œuvre. Concernant la chambre de combustion, les résultats LES obtenus antérieurement dans le cadre du projet ATOM seront utilisés en priorité pour alimenter les simulations turbine.

Job Requirements

Vous êtes titulaire d’un diplôme de niveau Bac + 5 en sciences de l’ingénieur (Ecole d’Ingénieur, Master) et vous avez des compétences en mécanique des fluides, énergétique et programmation.

Specificity of the job

Laboratoire d’accueil à l’ONERA

Département : DMPE et DAAA

Lieu (centre ONERA) : Palaiseau / Meudon

Safran Tech

Site de Saclay et passage sur le Banc BEARCAT à Bordes à prévoir

Read Full Description