La simulation aux grandes échelles (LES) de plusieurs composants d'une turbomachine est un outil présentant un grand potentiel pour étudier leur couplage et leurs performances dans une configuration réelle. Malheureusement, le coût de ce type de simulations est encore largement prohibitif pour être utilisées systématiquement dans la majorité des applications industrielles. Cette thèse présente donc plusieurs méthodes numériques pour réduire leur coût tout en conservant des résultats en adéquation avec les exigences de la LES. Le calcul des termes convectifs est un point crucial pour assurer la précision et la robustesse d'une LES. Après avoir décrit les schémas numériques de convection déjà disponibles dans le code AVBP, des améliorations et des optimisations sont proposées, en particulier pour améliorer leur comportement sur maillages non réguliers, utilisés pour la plupart des simulations industrielles. Le code AVBP est déjà utilisé en bureaux d'études chez Safran pour le dimensionnement de chambres de combustion modernes et son utilisation s'étend progressivement aux étages de turbomachines. Une amélioration de l'efficacité et de la robustesse du code permet donc d'avoir un impact direct sur son application en milieu industriel. Pour se faire, une nouvelle famille de schémas utilisant le formalisme de Petrov-Galerkin est introduite pour pallier aux problèmes de sensibilité des schémas existants, tout en permettant une montée en ordre. L'utilisation des méthodes de pas de temps local est aussi une option à considérer pour réduire le coût d'une simulation couplée. Une approche utilisant ce principe est validée sur des configurations académiques avant d'être appliquée à des configurations plus complexes pour démontrer ses gains potentiels. Enfin, pour reproduire le couplage entre plusieurs composants d'une turbomachine, l'utilisation de conditions limites plus réalistes peut également être envisagée. Ces nouvelles conditions limites issues de la décomposition modale d'une base de données enregistrée à l'interface chambre/turbine sont comparées à des conditions limites classiques dans le cas d'une simulation turbine isolée. |
Large-Eddy Simulation (LES) of multiple turbomachinery components is a powerful tool with considerable potential to study their coupling and performance in a real configuration. Unfortunately, the cost of such simulations is still highly prohibitive today to be used in the majority of industrial applications. This thesis presents different numerical methods to lower their cost while retaining results in adequacy with LES requirements. Computation of convective terms is a key issue to ensure the accuracy and robustness of a LES. After describing the numerical schemes for convection already available in the AVBP code, improvements and optimizations are suggested, especially to improve their behavior on perturbed meshes as commonly found in industrial simulations. The AVBP code is already used in Safran’s design offices for the development of modern combustion chambers and its use is gradually being extended to turbomachinery stages. An improvement in the efficiency and robustness of the code can therefore have a direct impact on its application in an industrial environment. To this end, a new family of schemes using the Petrov-Galerkin formalism is introduced to overcome known problems regarding mesh sensitivity of the existing schemes, while allowing an increase of accuracy. The use of local time-stepping methods is also an option to consider in order to reduce the cost of a coupled simulation. One of such approach is validated on academical configurations before being applied to more complex configurations to demonstrate its potential gains. Finally, more realistic boundary conditions can also be considered to reproduce the coupling between multiple components in a turbomachinery. This new type of boundary conditions, built from the modal decomposition of a database recorded at the chamber/turbine interface, is compared to typical boundary conditions in the case of an isolated turbine simulation. |