ÉTUDE NUMÉRIQUE ET THERMIQUE D’UN ÉCOULEMENT TURBULENT DANS UN ESPACE ANNULAIRE D’UN ROTOR-STATOR

Abstract

Ce travail de thèse porte sur une étude numérique du transfert de chaleur par convection dans un espace annulo-cylindrique d’un écoulement axial d’air entre un rotor tournant à vitesse angulaire constante et un stator fixe. Notre étude sera validée par l'expérience faite par Lancial.N [56]. Quatre cas de configurations géométriques ont été étudiés. Dans un premier temps, les surfaces du rotor et stator sont lisses. Dans un second temps, la paroi du stator est ailettée le long du cylindre et le rotor est lisse. Dans le troisième cas, on porte la même forme de l’ailette sur le rotor et le stator et enfin le dernier cas consiste à réaliser les mêmes ailettes sur le rotor tandis que le stator est maintenu lisse. En présence d'un écoulement combiné (Taylor Couette Poiseuille), les résultats montrent que le cas du rotor ailetté est intéressant du point de vue thermique par rapport aux autres (lisse, stator ailetté, et rotor-stator ailettés). Dans cette étude, les résultats numériques sont obtenus pour :  Différentes vitesses de rotation du rotor ailetté.  Différentes vitesses d’injection d’air.  Différents entrefers.  Différentes valeurs de la profondeur de l’ailette.  Différents modèles numériques. La présence de ces ailettes sur la paroi du rotor avec un entrefer étroit accentue le transfert de chaleur à mesure qu’on augmente la vitesse de rotation, la vitesse d’injection, et la profondeur de l’ailette. Toutefois, l’augmentation du transfert de chaleur est accompagnée par une augmentation de la perte de charge. Cette étude numérique est réalisée avec le code ANSYS Fluent 14.0, qui résout les équations de Navier-Stockes par la méthode des volumes finis (MVF), en utilisant le modèle de turbulence SST (Shear-Stress-Transport).