Description du code de simulation

Pour nos simulations, notre choix s’est porté sur le logiciel industriel CFX-12.0 développé par ANSYS et disponible à IFPEN. CFX est un logiciel général de simulation numérique d’écoulements en mécanique des fluides et de transferts thermiques. Il permet de mettre en œuvre une simulation numérique complète, de la modélisation de la géométrie, au post-traitement, en passant par la génération du maillage et le calcul. CFX est particulièrement bien adapté aux machines tournantes, qui restent l’objectif premier de notre étude. Le module ICEM est utilisé comme un logiciel de CAO traditionnel. La géométrie est construite à partir d’éléments tels que points, courbes, surfaces et volumes. C’est également ce module qui permet de générer un maillage s’appuyant sur la géométrie. L’utilisateur fixe les paramètres des mailles qu’il souhaite obtenir sur les éléments. Le maillage sert de support à une représentation discrète de variables continues. Pour les mailles primitives, CFX utilise des formes géométriques comme représentées sur la figure 55 ci-dessous.  Le module CFX-Pre permet de définir le problème physique comme les caractéristiques des fluides utilisés et la dynamique correspondante. Il permet également de fixer les conditions aux limites et initiales du modèle, ainsi que les équations à résoudre, le type de résolution (régime permanent ou transitoire). Les paramètres régissant la convergence du calcul comme le pas de temps, le nombre d’itérations, le critère de convergence ainsi que la nature des fluides en présence sont par ailleurs fixés.

Dans le cas d’une résolution en régime permanent, le calcul se poursuit jusqu’à ce que, soit le nombre maximal d’itérations consigné par l’utilisateur soit atteint, soit la solution satisfasse les conditions de convergence. Le module CFX-post est un outil graphique permettant le traitement et la visualisation des résultats. Il permet d’appliquer des textures sur la géographie, de visualiser des contours, des iso- surfaces, des lignes de courant, des champs de vitesse.  La géométrie de chaque aubage est définie à partir de 202 points ce qui permet d’avoir une bonne représentation. Une densification au voisinage des bords d’attaque et des bords de fuite permet d’obtenir un bon affutage des aubages et d’éviter ainsi des erreurs sur le calcul.  Le paramétrage du maillage peut se faire soit par blocs, soit plus globalement pour toute la géométrie. Nous avons opté pour la deuxième option qui est beaucoup plus rapide et plus simple. Pour cela, nous avons estimé au préalable, l’épaisseur caractéristique de la couche limite des aubages de la grille d’aubes.

Le maillage non structuré est beaucoup plus simple à construire car les mailles sont générées automatiquement sans contrainte quant à leur disposition. Mais nous avons quand même dû régler la taille maximale à ne pas dépasser. Nous disposons donc de trois types de maillage pour la modélisation de la veine. Des simulations numériques ont été menées avec les trois maillages afin de définir lequel est le plus approprié. Comme discuté dans le chapitre précédent, la longueur de stabilisation de l’écoulement en amont de la grille d’aubes est trop courte compte tenu des problèmes d’encombrement. Ainsi, la vitesse ne présente pas un profil uniforme en entrée. Par ailleurs, les mesures de la vitesse par LDA ont montré la présence d’une légère composante verticale liée aux effets des bords supérieurs et inférieurs, ce qui traduit un écoulement non périodique.  Pour se rapprocher de la réalité, et s’affranchir des débits de fuites internes éventuels, nous avons donc pris soin de mesurer le profil de vitesse à l’entrée du domaine, 20 mm en amont du bord d’attaque des aubages. C’est ce profil de vitesse obtenu expérimentalement que nous avons imposé dans un second temps comme condition limite en entrée pour les simulations numériques.