Modélisation numérique des écoulements de cavité dans les turbines par une approche RANS

Les turbines aéronautiques possèdent de nombreux effets technologiques (cavités, talons, congés) qui ont une influence notable sur leurs performances aérodynamiques. Pour ces effets technologiques de géométries complexes, l’utilisation de maillages structurés est difficilement réalisable dans les simulations numériques. Sa mise en œuvre est longue et requiert souvent des méthodes de recouvrement de maillage de type chimère. Cependant, la mise en donnée des simulations avec ces méthodes est difficile pour les configurations d’écoulements internes. La représentativité des géométries dans les simulations en phase de conception est un axe de travail pour améliorer la prévision des performances aérodynamiques. Le premier objectif de la thèse a été d’établir des pratiques méthodologiques de maillage non-structuré pour simuler correctement l’écoulement à l’intérieur des cavités et des talons. Les écoulements au sein des effets technologiques présentent des décollements, des recirculations et des zones de mélanges entre deux écoulements transverses. Les modèles de turbulence RANS classiques à deux équations sont mis en défaut dans ces configurations. L’hypothèse de Boussinesq, qui relie linéairement les tensions de Reynolds et les gradients de vitesse, n’est plus vérifiée dans les régions à forte anisotropie et fort taux de turbulence. Les écoulements de talon et de cavité appartiennent à cette catégorie problématique. Le choix de la modélisation de la turbulence est donc un aspect important dans la simulation des écoulements de cavité. Le second objectif de la thèse a été de déterminer les modélisations de la turbulence les plus adaptées, aussi bien les modèles à viscosité turbulente que les modèles à transport du tenseur de Reynolds, pour reproduire le plus fidèlement ces écoulements par une approche RANS stationnaire. Cette analyse a permis de mieux comprendre les limites des différents modèles de turbulence pour divers types d’écoulements et de formuler des recommandations appropriées quant à leur utilisation. La stratégie adoptée pour répondre à la problématique est une gradation de la complexité des configurations étudiées. Les premières études se sont portées vers des configurations d’écoulements canoniques représentatives d’un écoulement de talon dans une turbine basse pression. Ces écoulements sont bien documentés et de nombreuses mesures sont à disposition dans la littérature. Une marche descendante, une série de perturbateurs dans un canal et un jet dan