Modélisation de la combustion : gains de précision et de fidélité

La quête généralisée d’une meilleure efficacité énergétique amène les ingénieurs à se pencher sur les processus de combustion au cœur de nombreuses turbomachines. Certes, des températures de combustion supérieures peuvent faire gagner en efficacité, mais au risque de dégrader les matériaux des moteurs et de raccourcir la durée de vie des produits – si l’on n’adapte pas l’ensemble de la conception de manière appropriée.

Les technologies de modélisation avancées permettent par exemple de simuler les flammes épaissies, ou l’évaporation et la dispersion du combustible, et donnent ainsi aux ingénieurs les clés indispensables pour analyser le mélange air/combustible, la position de la flamme, la répartition des températures ou encore la formation de polluants lors de la combustion. Cette simulation peut être menée par des méthodes de simulation à l’échelle (SRS), de LES (Large-Eddy Simulation), de DRS (Detached-Eddy simulation) ou de simulation à échelle variable (SAS).

Dynamique des rotors : stabilité garantie

Pour réussir à combiner légèreté, ergonomie et très hauts niveaux de résistance, les concepteurs de turbomachines doivent faire des choix de conception pour les systèmes de rotors qui supposent des compromis stratégiques. Il leur faut non seulement comprendre le comportement dynamique de chaque composant, mais également optimiser les fréquences et les modes de vibration du système assemblé. Dans ce domaine, la simulation numérique permet de tester différentes options (dimension de l’arbre, position et espacement des composants, rigidité du boitier…) et de vérifier leur impact sur les caractéristiques de performance et de stabilité du rotor.

Transfert thermique : vers des performances multiphysiques optimales

La tendance est à l’augmentation des températures pour accroître l’efficacité énergétique. Cela implique de porter une attention toute particulière à la problématique de la gestion thermique. Les matériaux utilisés dans les turbomachines doivent supporter les hautes températures. Le refroidissement doit être optimisé et maximisé. On parle ici d’études multiphysiques complexes, qui sont pourtant rendues accessibles par les nouvelles plateformes de simulation numérique conjuguant simulation thermique, fluidique et mécanique avec des modèles de simulation des turbulences.

En conclusion, on peut à bon droit défendre l’idée que peu d’applications industrielles sont aussi complexes à concevoir et à optimiser que les turbomachines. Heureusement, les applications de simulation numériques les plus avancées apportent de réelles solutions aux ingénieurs. Pour eux, elles constituent des solutions de développement fiables et tiennent désormais la promesse d’améliorations significatives de l’efficacité et de la performance énergétique des turbomachines.