Cours turbomachines

Leçon 1 • Analyse dimensionnelle et similitude

Présente les paramètres adimensionnels qui régissent la mise à l'échelle des performances des turbomachines. Permet la prédiction des performances dans différentes conditions de fonctionnement et pour différentes tailles de machines.

Leçon 2 • Classification des turbomachines

Catégorise les machines selon la direction du transfert d'énergie, le type de fluide et la géométrie du chemin d'écoulement. Fournit un cadre systématique pour comparer les compresseurs, les turbines et les pompes.

Leçon 3 • Introduction aux turbomachines

Définit les turbomachines et leur rôle dans la conversion d'énergie dans toutes les industries. Établit le vocabulaire et le cadre de classification utilisés tout au long du cours.

Leçon 4 • Fondements thermodynamiques

Applique les première et deuxième lois de la thermodynamique aux systèmes ouverts avec des composants rotatifs. Relie la variation d'enthalpie et la génération d'entropie aux performances de la machine.

Leçon 1 • Construction des triangles de vitesse

Élabore les triangles de vitesse d'entrée et de sortie pour les grilles d'aubes axiales et radiales. Fournit une méthode graphique et algébrique pour déterminer les angles d'écoulement et les amplitudes de vitesse.

Leçon 2 • Analyse du travail idéal et réel

Compare le travail d'Euler idéal au travail réel en introduisant le glissement et les pertes. Quantifie l'écart entre les performances théoriques et réelles à l'aide de définitions de rendement.

Leçon 3 • Repères de référence dans les machines tournantes

Distingue les repères absolus et relatifs pour le mouvement du fluide dans les passages d'aubes. Établit le système de coordonnées utilisé dans toutes les analyses ultérieures des triangles de vitesse.

Leçon 4 • Exercice de conception de triangles de vitesse

Applique les méthodes de triangles de vitesse aux problèmes de conception des compresseurs, des pompes et des turbines. Renforce l'utilisation de l'équation d'Euler à travers des exercices numériques structurés.

Leçon 1 • Géométrie d'un étage de compresseur axial

Décrit la géométrie des aubes du rotor et du stator, la corde, la cambrure et la solidité pour les étages axiaux. Établit les paramètres géométriques qui régissent le chargement aérodynamique et la déviation de l'écoulement.

Leçon 2 • Cartes de performance des compresseurs

Interprète les cartes de compresseur montrant le taux de compression, le débit massique et les contours de rendement. Identifie les lignes de fonctionnement, les points de conception et le comportement hors conception.

Leçon 3 • Phénomènes de décrochage tournant et de pompage

Explique le décrochage tournant et le pompage comme des instabilités aérodynamiques limitant le fonctionnement du compresseur. Couvre les méthodes de détection et les stratégies de conception pour étendre la plage de fonctionnement stable.

Leçon 4 • Analyse des compresseurs axiaux multi-étages

Étend l'analyse d'un seul étage aux machines multi-étages avec des exigences d'adaptation entre les étages. Aborde le cumul des étages, la répartition du travail et la prédiction du taux de compression global.

Leçon 1 • Géométrie et composants des machines centrifuges

Identifie la géométrie de la roue, du diffuseur, de la volute et de l'aube directrice d'entrée pour les machines radiales. Établit comment chaque composant contribue à l'élévation de pression et au guidage de l'écoulement.

Leçon 2 • Aérodynamique de la roue et apport de travail

Applique l'équation d'Euler et le facteur de glissement pour prédire l'apport de travail et l'élévation de pression dans les roues. Quantifie l'effet de l'angle de sortie des aubes sur la hauteur et le rendement.

Leçon 3 • Caractéristiques des pompes centrifuges

Élabore les courbes hauteur-débit et puissance-débit pour les pompes centrifuges et interprète les courbes de circuit. Couvre la sélection des pompes, le fonctionnement en parallèle et en série, et la prévention de la cavitation.

Leçon 4 • Performance du diffuseur et de la volute

Analyse la récupération de pression dans les diffuseurs sans aubes et à aubes ainsi que dans la volute. Relie la géométrie du diffuseur au rendement global de l'étage et à la marge de pompage.

Leçon 1 • Pertes de profil et pertes par frottement

Quantifie la croissance de la couche limite, le mélange en sillage et les pertes par frottement sur les surfaces des aubes. Applique des corrélations de pertes établies pour estimer les coefficients de perte de profil.

Leçon 2 • Aérodynamique des grilles d'aubes

Analyse l'écoulement à travers les grilles d'aubes linéaires et annulaires pour déterminer la déviation, la portance et la traînée. Relie les données d'essai sur grille à la prédiction des performances d'un étage.

Leçon 3 • Géométrie et nomenclature des profils aérodynamiques

Définit la corde, la ligne de cambrure, la distribution d'épaisseur et la géométrie du bord d'attaque et du bord de fuite pour les profils de turbomachines. Établit le vocabulaire géométrique nécessaire à la conception et à l'analyse des aubes.

Leçon 4 • Écoulement secondaire et pertes en bout de pale

Identifie le tourbillon de passage, le tourbillon en fer à cheval et le décollement de coin comme sources de pertes secondaires. Quantifie les contributions des pertes en bout de pale au rendement global de l'étage.

Leçon 1 • Thermodynamique des turbines à vapeur et à gaz

Applique les cadres des cycles de Rankine et de Brayton aux turbines à vapeur et à gaz multi-étages. Évalue les effets de la resurchauffe, de l'admission partielle et du refroidissement sur le rendement global.

Leçon 2 • Analyse des turbines radiales à flux entrant

Analyse la volute, la tuyère, le rotor et le diffuseur des turbines radiales à flux entrant pour les applications de turbocompresseur et de production d'énergie. Calcule le travail spécifique et le rendement à partir des triangles de vitesse.

Leçon 3 • Types et configurations d'étages de turbine

Distingue les étages de turbine à impulsion et à réaction par la distribution de la chute de pression à travers le rotor et le stator. Présente les configurations de turbines axiales, radiales centripètes et mixtes.

Leçon 4 • Turbines hydrauliques : Pelton, Francis, Kaplan

Couvre les principes de fonctionnement, les triangles de vitesse et les courbes de performance des trois principaux types de turbines hydrauliques. Adapte la sélection de la turbine aux conditions de chute et de débit du site.

Leçon 1 • Détection du pompage et du décrochage lors des essais

Identifie les signatures du pompage et du décrochage tournant dans les traces de pression et de débit pendant les essais. Décrit les procédures d'étranglement et les protocoles de sécurité pour le tracé des limites de stabilité.

Leçon 2 • Conception du banc d'essai et conditions de similitude

Applique la similitude dimensionnelle pour concevoir des bancs d'essai à échelle réduite reproduisant le comportement des machines à pleine échelle. Assure la correspondance du nombre de Reynolds, du nombre de Mach et de la vitesse spécifique.

Leçon 3 • Instrumentation pour les essais de turbomachines

Couvre les sondes de pression, les capteurs de température, les débitmètres et les transducteurs de couple utilisés sur les bancs d'essai de turbomachines. Aborde l'étalonnage des sondes, leur placement et l'incertitude de mesure.

Leçon 4 • Validation par rapport aux prédictions numériques

Compare les données de performance expérimentales avec les prédictions de la dynamique des fluides numérique pour identifier les erreurs de modèle. Guide l'amélioration itérative de la conception à l'aide des écarts entre les prédictions et les essais.

Leçon 1 • Optimisation multidisciplinaire de la conception

Applique des algorithmes d'optimisation pour améliorer simultanément les objectifs de performance aérodynamique, structurale et thermique. Présente les modèles de substitution et l'analyse du front de Pareto pour les décisions de compromis de conception.

Leçon 2 • Refroidissement des turbines et gestion thermique

Couvre la convection interne, le refroidissement par film et les barrières thermiques utilisées pour protéger les aubes de turbine à haute température. Évalue l'efficacité du refroidissement et sa pénalité sur le rendement aérodynamique.

Leçon 3 • Considérations de conception structurale et mécanique

Aborde les contraintes de contrainte centrifuge, de contrainte thermique et de vibration qui limitent la liberté de conception aérodynamique. Présente les diagrammes de Campbell et les diagrammes de Goodman pour l'évaluation de la fatigue.

Leçon 4 • Écoulement transsonique et supersonique dans les aubages

Analyse la formation de choc, l'interaction choc-couche limite et la traînée d'onde dans les passages d'aubes transsoniques. Applique des stratégies de conception pour minimiser les pertes par choc dans les étages à haute vitesse.