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1
Wissinger, Gordon J. "Computational analysis of space transfer vehicle engine turbopump diffuser design for deep-throttling : by Gordon J. Wissinger /." Online version of thesis, 1991. http://hdl.handle.net/1850/11001.
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2
Yoshida, Brian Richard. "Compuational analysis of boundary layer control by suction in a space transfer vehicle engine turbopump diffuser /." Online version of thesis, 1992. http://hdl.handle.net/1850/11058.
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3
Pelton, Robert John. "One-Dimensional Radial Flow Turbomachinery Performance Modeling." Diss., CLICK HERE for online access, 2007. http://contentdm.lib.byu.edu/ETD/image/etd2192.pdf.
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4
Ozgen, Onur. "Design Improvements On Mixed Flow Pumps By Means Of Computational Fluid Dynamics." Master's thesis, METU, 2006. http://etd.lib.metu.edu.tr/upload/2/12608093/index.pdf.
Full textAbstract:
The demand on high efficiency pumps leads the manufacturers to develop new design and manufacturing techniques for rotodynamic pumps. Computational Fluid
Dynamics (CFD) software are started to be used during the design periods for this reason in order to validate the designs before the pumps are produced. However the integration process of CFD software into the design procedure should be made carefully in order to improve the designs.
In this thesis, the CFD software is aimed to be integrated into the pump design procedure. In this frame, a vertical turbine type mixed flow pump is aimed to be designed and design improvements are intended to be made by applying numerical
experimentations on the pump. The pump that is designed in this study can deliver 115 l/s flow rate against the head of 16 mWC in 2900 rpm. The effects of various parameters in the design are investigated by the help of CFD software during the
design and best performance characteristics of the pump are aimed to be reached.
The pump that is designed in this study is manufactured and tested in Layne Bowler Pumps Company Inc. The design point of the pump is reached within the tolerance limits given in the related standard.
In addition, the results of actual test and numerical experimentation are compared and found to be in agreement with each other. The integration of CFD code to the design procedure is found quite useful by means of shortening design periods, lowering manufacturing and testing costs. In deed the effects of the design parameters are understood better by applying numerical experimentations to the designed pump.
5
Yildiz, Mehmet. "Design And Performance Analysis Of A Pump-turbine System Using Computational Fluid Dynamics." Master's thesis, METU, 2011. http://etd.lib.metu.edu.tr/upload/12613761/index.pdf.
Full textAbstract:
In this thesis, a parametric methodology is investigated to design a Pump-Turbine system using Computational Fluid Dynamics ( CFD ). The parts of Pump-Turbine are created parametrically according to the experience curves and theoretical design methods. Then, these parts are modified to obtain 500 kW turbine working as a pump with 28.15 meters head. The final design of Pump-Turbine parts are obtained by adjusting parameters according to the results of the CFD simulations. The designed parts of the Pump-Turbine are spiral case, stay vanes, guide vanes, runner and draft tube. These parts are designed to obtain not only turbine mode properties but also pump mode properties.
6
Cirit, Ali. "Design And Performance Evaluation Of Mixed Flow Pumps By Numerical Experimentation And Axial Thrust Investigation." Master's thesis, METU, 2007. http://etd.lib.metu.edu.tr/upload/2/12608972/index.pdf.
Full textAbstract:
In this thesis a vertical turbine mixed flow pump that has a flow rate of 40 l/s and 16 mwc head at 2900 rpm is designed. Effect of design parameters are investigated and flow inside the pump is analyzed with the help of numerical experimentations. The designed pump is manufactured and tested in Layne Bowler Pumps Company and completed in TÜ<br>BiTAK - TEYDEB project. Pump is designed in the tolerance limits that are defined in the standard TS EN ISO 9906. Numerical experimentation results for performance charecteristics show the same trend with the test results.
In addition, axial thrust measurements are done on the designed pump with using load cells. Effect of balancing holes and balancing ring are investigated. Balancing holes are drilled at various diameters at the back side of the impellers and its effect is analyzed on the pump performance characteristics. Test results are compared with different approaches.
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Engin, Ertan. "Design, Construction And Performance Evaluation Of A Submersible Pump With Numerical Experimentation." Master's thesis, METU, 2003. http://etd.lib.metu.edu.tr/upload/12606532/index.pdf.
Full textAbstract:
Due to the increasing demand, nonclog type sewage pumps are designed and manufactured in large amounts all over the world. However, a methodology on the design of these special duty pumps is not encountered in the literature. Therefore, the manufacturers tend to develop their own empirical methodologies.
In this thesis, a nonclog pump is designed and constructed on the basis of suitable approaches of known centrifugal pump design methods. In this frame, a nonclog type submersible pump that is capable of handling solids, up to a diameter of 80 mm is aimed to be designed. The designed pump delivers 100 l/s flow rate against a head of 24 m. The rotational speed of the pump is 1000 rpm. Design procedure and the important points that differ nonclog pump design from standard centrifugal pump designs are given.
In addition, hydraulic characteristics of two nonclog pumps, one of which is the pump designed in this study, are investigated by means of computational fluid dynamics (CFD) code.
The designed pump is manufactured and tested in Layne Bowler Pump Company Inc. The test result indicates that design point is reached with a deviation in the limits of the related standard. Wire to water total best efficiency obtained by the test is 60%.
Close agreement between results of actual test and numerical experimentation performed by CFD code shows that CFD analysis is a quite useful tool in predicting the hydraulic characteristics of nonclog pumps.
Moreover, the pump is tested at 750 rpm and the test results are found to be in good agreement with the similitude anaysis results.
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Hall, Benjamin F. "Combustor simulators for scaled turbine experiments." Thesis, University of Oxford, 2015. https://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:9c8e46e6-218f-4715-b2bd-8c8abbee446a.
Full textAbstract:
Gas turbine combustors employing a single lean combustion stage represent the next generation of design for reduced NO<sub>X</sub>emissions. These lean-burn combustors rely on swirl-stabilised flames resulting in highly non-uniform outflows. Non-uniform conditions adversely affect high-pressure turbine performance. 3D numerical simulations provide a means to understand and optimise engine design, however, the modelling of turbulence means experimental validation is crucial. Turbine test facilities operating at scaled, non-reacting conditions, with simulated combustor flows are an important source of validation data. This thesis presents advances in combustor simulator design, testing and instrumentation relevant to the challenges of modern, highly-integrated turbine testing. The design of a lean-burn combustor simulator, characterised by swirl and non-uniform temperature, is presented. The design was based on measurements and predictions of engine conditions. Unsteady numerical simulations were employed as a predictive design tool. An engine-scale combustor simulator was manufactured and characterised experimentally in a bespoke facility. Surveys of flow structure are presented, focusing on experimental turbine inlet data. These data confirmed that the combustor simulator reproduces the important features of a lean-burn combustor; e.g. swirling mainstream flow and high turbulence intensity. The lean-burn combustor simulator will be the first of its kind to be implemented in a rotating turbine test facility, and will provide important validation data. Measurement techniques were developed alongside the core work. Miniaturised five-hole probe rakes for turbine inlet measurements were developed using additive manufacturing (AM). Building on this work, an open source AM five-hole probe design is presented with experimental validation. The problem of estimating pressure probe bandwidth was also addressed, and a simplified model is presented. These tools have direct applications in turbomachinery research.
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Xu, Runsong. "Volute and diffuser performance analysis for high turning turbine system." Master's thesis, Mississippi State : Mississippi State University, 2002. http://library.msstate.edu/etd/show.asp?etd=etd-07122002-134859.
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10
Jouini, Dhafer Ben Mahmoud Carleton University Dissertation Engineering Mechanical and Aerospace. "Experimental investigation of two transonic linear turbine cascades at off-design conditions." Ottawa, 2000.
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11
Peters, David W. "Tip leakage loss development in a linear turbine cascade." Thesis, This resource online, 1992. http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-09052009-040444/.
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12
Salem, Rami. "Algorithmes de couplage aérothermique pour des applications turbomachines." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASC035.
Full textAbstract:
Dans certaines configurations, en particulier dans les turbines haute pression, l'aspect thermique dans les performances aérodynamiques est primordial. La recherche d'une température totale en sortie de chambre de combustion i.e. en entrée de turbine, de plus en plus élevée oblige les motoristes à réduire les incertitudes sur l'environnement thermique des aubages, qu'ils soient refroidis ou non. Il est alors important de réaliser des simulations aérothermiques couplées d'application turbomachine. Les problématiques sont alors : (i) de déterminer la stratégie de couplage à la fois stable, robuste et précise, en particulier de gérer correctement l'interface fluide-solide avec des conditions limites adéquates, (ii) étudier l'influence des flux thermiques sur les performances aérodynamiques et enfin (iii) étendre la méthode de couplage pour une résolution instationnaire de l'écoulement. La méthode ainsi développée conduit à une stabilité inconditionnelle du processus couplé tout en gardant des temps de calculs raisonnables<br>For some configurations, especially in high-pressure turbines, the thermal aspect for aerodynamic performances is essential. The need to have an exit total temperature flowing out the combustion chamber, i.e flowing in the high-pressure turbine, higher and higher leads engine manufacturers to reduce uncertainties on the thermal environment of turbine blades, cooled or not. It is therefore important to use a coupled approach for aerothermal simulations in turbomachinery applications. The main purpose of this work focuses on: (i) finding the right strategy for coupling, both robuste and precise, espacially for stabilizing correctly the fluid-solid interface with the right boundary condition, (ii) studying the impact of heat fluxes on aerodynamic performences and finally (iii) extending this coupling method to include unsteady flows. Thus the method developped in this work has led to an unconditionnal stability of the coupling process while having raisonnable compute times
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Diango, Kouadio Alphonse. "Influence des pertes thermiques sur les performances des turbomachines." Phd thesis, Conservatoire national des arts et metiers - CNAM, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00598488.
Full textAbstract:
Résumé en français : Dans les turbomachines conventionnelles, l'estimation des performances (rendement, puissance et rapport de pression) se fait en général en admettant l'adiabaticité de l'écoulement. Mais, de nombreuses études ayant montré l'influence négative des échanges thermiques internes et externes sur les performances des petites turbomachines dans les faibles charges et aux bas régimes, cette hypothèse ne peut plus être recevable. L'objectif principal de cette thèse est de contribuer à lever l'hypothèse d'adiabaticité.Une étude préalable de l'état de l'art a permis de relever les différents types de transferts thermiques dans les turbomachines et de circonscrire notre étude.Puis, une analyse exergétique généralisée, ayant pour but la prise en compte des deux principes de la thermodynamique, a été effectuée et l'évolution de l'indice de performance caractérisant le niveau d'énergie récupérable en fonction des échanges thermiques est étudiée.Les performances des turbomachines à fluide compressible sont généralement représentées sous forme graphique dans des systèmes de coordonnées adimensionnelles établies avec l'hypothèse d'adiabaticité. Ces cartographies couramment utilisées par les exploitants et constructeurs ne conviennent pas aux machines fonctionnant avec transferts thermiques. L'étude de la similitude des turbomachines thermiques à fluide compressible présentée dans ce travail, propose de nouvelles coordonnées adimensionnelles pouvant être utilisées aussi bien en adiabatique que dans les écoulements avec transferts thermiques.Enfin, nous proposons un protocole de mesures et un modèle numérique pour l'évaluation des transferts thermiques dans un turbocompresseur.Certains résultats obtenus montrent que les performances calculées avec l'hypothèse d'adiabaticité de l'écoulement du fluide sont surestimées. Les nouvelles lois de la similitude proposées généralisent le théorème de Rateau au fluide compressible fonctionnant dans n'importe quelle condition et permettent de calculer les échanges thermiques à chaud à partir des résultats d'essai à froid. Une donnée supplémentaire (température de refoulement) est néanmoins nécessaire pour la prédiction complète des performances et des échanges thermiques.Le modèle numérique de calcul des échanges thermiques proposé donne des résultats en accord avec ceux attendus, mais nécessite des données réelles issues de mesure sur banc pour une validation complète.
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Rodger, Philippe (Philippe William) Carleton University Dissertation Engineering Aerospace. "Establishing two-dimensional flow in the large-scale planar turbine cascade." Ottawa, 1992.
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15
Jensen, Jared W. "The development of an accelerated testing facility for the study of deposits in land-based gas turbine engines /." Diss., CLICK HERE for online access, 2004. http://contentdm.lib.byu.edu/ETD/image/etd452.pdf.
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16
Mohamad, Abdul Hamid Jacquet-Richardet Georges. "Réponse forcée des ensembles tournants de turbomachines application au cas d'une turbine à gaz /." [S.l.] : [s.n.], 2002. http://csidoc.insa-lyon.fr/these/2002/mohamad/index.html.
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17
Chadha, Raman. "Design of high efficiency blowers for future aerosol applications." Texas A&M University, 2005. http://hdl.handle.net/1969.1/5002.
Full textAbstract:
High efficiency air blowers to meet future portable aerosol sampling applications were
designed, fabricated, and evaluated. A Centrifugal blower was designed to achieve a flow
rate of 100 L/min (1.67 x 10^-3 m^3/s) and a pressure rise of WC " 4 (1000 PA). Commercial
computational fluid dynamics (CFD) software, FLUENT 6.1.22, was used extensively
throughout the entire design cycle. The machine, Reynolds number (Re) , was around 10^5
suggesting a turbulent flow field. Renormalization Group (RNG) úâÂÂõ turbulent model
was used for FLUENT simulations. An existing design was scaled down to meet the
design needs. Characteristic curves showing static pressure rise as a function of flow rate
through the impeller were generated using FLUENT and these were validated through
experiments.
Experimentally measured efficiency (÷EXP) for the base-design was around 10%. This
was attributed to the low efficiency of the D.C. motor used. CFD simulations, using the
úâÂÂõ turbulent model and standard wall function approach, over-predicted the pressure
rise values and the percentage error was large.
Enhanced wall function under-predicted the pressure rise but gave better agreement (less
than 6% error) with experimental results. CFD predicted a blower scaled 70% in planar
direction (XZ) and 28% in axial direction (Y) and running at 19200 rpm
(70xz_28y@19.2k) as the most appropriate choice. The pressure rise is 1021 Pa at the design flow rate of 100 L/min. FLUENT predicts an efficiency value based on static head
(÷FLU) as 53.3%. Efficiency value based on measured static pressure rise value and the
electrical energy input to the motor (÷EXP) is 27.4%. This is almost a 2X improvement
over the value that one gets with the hand held vacuum system blower.
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Ercolino, José. "Modélisation en régime nominal et partiel de l'écoulement méridien dans les turbomachines axiales et hélicocentrifuges." Phd thesis, Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM, 2001. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00000250.
Full textAbstract:
Lors de cette étude, nous avons développé un code d'analyse rapide de l'écoulement méridien dans les turbomachines. Ce code est basé sur la résolution des équations dynamiques moyennées qui régissent l'écoulement interne stationnaire et non visqueux dans le repère relatif. On a utilisé une combinaison linaire des équations de quantité de mouvement selon les directions axiale et radiale pour éviter au terme source des équations de devenir singulier. Le modèle ainsi développé est particulièrement adapté au cas le plus général des machines de compression; à savoir, les machines mixtes. On a développé également les équations permettant, à l'aide de l'hypothèse d'un nombre infini d'aubages et en supposant l'écoulement axisymétrique, de calculer à la fois les forces d'aubages et la cinématique simplifiée de l'écoulement aube à aube. Celle-ci prend en compte les données géométriques fournies par les constructeurs ou les logiciels de conception globale. Cette dernière démarche assure une liaison très efficace dans le cadre de l'avant-projet des turbomachines où, dans une première approche d'optimisation, la géométrie des pales est introduite de manière très simple. Les résultats obtenus semblent très cohérents en débit nominal mais également en débit partiel comme le montrent les comparaisons qualitatives avec des résultats d'essais.
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Mohamad, Abdul Hamid. "Réponse forcée des ensembles tournants de turbomachines : application au cas d'une turbine à gaz." Lyon, INSA, 2002. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2002ISAL0035/these.pdf.
Full textAbstract:
Les turbomachines sont les pièces maîtresses de domaines stratégiques comme le transport (moteur d'avion, turbo-compresseur de véhicule automobile. . . ) et la production d'énergie (turbine à vapeur de centrale. . . ). Compte tenu de la complexité de leur comportement dynamique, la richesse des excitations possibles et pour bien avancer vers un meilleur contrôle de leurs problèmes, la conception des machines ne peut plus être basée sur la prévision des seules caractéristiques de type fréquences et modes propres. Il devient donc indispensable d'être en mesure de simuler le comportement réel de la structure en fonctionnement, simulation de type réponse forcée sous excitations induites par l'environnement. Cet objectif est un enjeu majeur dans le domaine des turbomachines et mobilise des efforts de recherche importants. Il n'est cependant pour l'instant que très partiellement atteint. L'un des mécanismes principaux d'excitation des aubages est lié à la rotation de la structure dans un champ fluide stationnaire perturbé. Ces perturbations sont les inévitables conséquences des obstacles traversés par le fluide. Conjuguées à la rotation elles agissent sur l'aubage comme une force répartie variable au cours du temps et sont donc capables, sous certaines conditions, d'exciter ses fréquences naturelles. L'objectif du travail présenté est de conduire une série d'études de base afin d'être en mesures de mieux maîtriser les mécanismes mis en jeu ainsi que les techniques numériques adaptées à leur modélisation. Le premier chapitre recense les modèles couramment rencontrés et établi un modèle analytique utilisé comme référence pour la suite du travail. Le second chapitre permet d'établir les techniques de prise en compte des excitations réparties dans les modèles éléments finis, pour les structures cycliques. Le troisième chapitre clarifie le domaine de validité des mécanismes de réponse mis en évidence. Enfin, le dernier chapitre présente une application sur un aubage réel de turbine<br>Turbomachines is the pieces in strategic fields such as transport (aircraft motor, turbo-compressor of motor vehicle…) and the energy production (vapor turbine of power station…). Taking into account the complexity of their dynamic behavior, the richness of possible excitations and for advancing towards a better control of their problems, the design of the machines cannot only be based on the forecast of the characteristics of type frequencies and modes. It thus becomes essential to be able to stimulate the real behavior of the structure under operation, simulation of type forced response under excitations induced by the environment. This objective is a major aspect in the turbomachines field and mobilizes significant research efforts. However, at the moment it is for only very partially achieved. One of the main excitation mechanisms of the blades is related to the rotation of the structure in a distributed stationary fluid field. These perturbations are the inevitable consequence of the obstacles crossed by the fluid. Combined with the rotation they operate on the blades as a distributed force variable throughout time and are thus able, under certain conditions, to excite its natural frequencies. The objective of work presented is to lead a series of basic studies in order to be able to control the mechanisms better which are brought into play as well as the numeric techniques adapted to their modeling. The first chapter enumerates the models usually met and establishes an analytical model used as a reference for the continuation of work. The second chapter makes it possible to establish the techniques of taken into account of the excitations distributed in the finite elements models, for the cyclic structures. The third chapter clarifies the field of validity of the mechanisms of the highlighted response. Finally, the final chapter presents an application on a real turbine blade
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Puttock-Brown, Mark Richard. "Experimental and numerical investigation of flow structure and heat transfer in gas turbine HP compressor secondary air systems." Thesis, University of Sussex, 2018. http://sro.sussex.ac.uk/id/eprint/75214/.
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Oliveira, Guilherme Lara. "Analyse numérique de l'effet du défilement des sillages liés aux interactions rotor-stator en turbomachines." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1999. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1797_gloliveira.pdf.
Full textAbstract:
L'étude des turbomachines nécessite des compétences dans plusieurs domaines, comme l'aérodynamique, l'acoustique, les transferts de chaleur, les matériaux et la mécanique des solides. L'évolution conduisant à des machines plus performantes, stables, légères et moins coûteuses, passe invariablement par l'approfondissement des connaissances dans chacun de ces domaines. Ce travail a pour objectif d'améliorer la compréhension des phénomènes instationnaires liés au passage des sillages d'une roue amont dans les canaux interaubes d'une roue avale. Il s'agit d'étudier à l'aide d'un outil numérique, le rôle des principaux mécanismes instationnaires présents dans un écoulement de turbomachine soumis à des conditions périodiques du type sillage en amont. Ceci constitue une contribution à l'étude des interactions du type rotor-stator visant, au final, à pouvoir améliorer les performances des turbomachines par l'éventuelle mise à profit des effets des sillages. Une méthodologie permettant de simuler l'écoulement instationnaire résultant du passage de sillages dans les canaux interaubes des turbomachines a été développée et appliquée à deux configurations distinctes: une turbine axiale subsonique et un compresseur axial transsonique. Les résultats présentés indiquent que les principaux mécanismes régissant la déformation et l'amortissement des sillages tronçonnés par les roues en aval peuvent être expliqués par la cinématique du champ moyenne en temps. Le transport de masse instationnaire associé aux sillages est, quant à lui, une fonction de leur déficit de vitesse et du gradient de pression suivant le rayon dans le champ moyenne en temps. Enfin, l'interaction entre les sillages, les ondes de choc et les couches limites de l'écoulement peut modifier considérablement les pertes et le transfert d'énergie dans les machines<br>Nowadays turbomachinery studies require qualifications on several disciplines, like aerodynamic, acoustic, heat transfer, materials and structure. Evolution leading to high performance, stable, weightless machines needs invariably sharp investigation on each one of these domains. The main objective of this work is to improve understanding on unsteady phenomena related to wake passage through interblade channels of turbomachinery during its stable operating conditions. Numerical analysis was performed using an unsteady CFD tool with inlet wake-kind periodic conditions. It is a contribution to rotor-stator interaction study intending to ameliorate turbomachine performances by means of wake effects. A methodology allowing to evaluate average effects of unsteady flow produced by wakes has been developed in this thesis and then, applied to two different configurations: a subsonic axial turbine and a transonic axial compressor. Results presented here indicate that main mechanisms governing wake deformation and its decay can be explained by the kinematics of time averaged flow. Unsteady mass flow transport seems to be a function of wake velocity deficit and radial pressure gradients of time averaged flow. Finally, the developed analysis shows how wakes interaction with shock waves and boundary layers may considerably modify losses and energy transfer on turbomachinery flows
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Parkinson, Etienne. "Utilisation de la méthode des éléments frontières dans la résolution des équations de navier-stokes quasi-elliptiques : Application au calcul d'une turbine." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1991. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1424_eparkinson.pdf.
Full textAbstract:
Dans le cadre du développement d'un code de résolution des équations de Navier stokes tridimensionnelles, une approche originale, basée sur la méthode des éléments frontières, est développée pour résoudre une équation de poisson tridimensionnelle. Une étude du comportement de la méthode des elements frontières sur des cas tests analytiques est proposée. La précision de cette méthode est mise en évidence. Le couplage de cette résolution intégrale avec un code Navier stokes quasi elliptique, utilisée pour vérifier la conservation de la masse dans une approche découplée du calcul de la vitesse et de la pression, est illustre sur des canaux coudes à 90 et a section variable. Dans l'optique d'une utilisation industrielle du code Navier stokes, l'écoulement interne dans un canal inter-aube de turbine est calcule et compare aux mesures expérimentales.
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Mesquita, Andre Luiz Amarante. "Contribution à l'analyse expérimentale des écoulements 3D en turbomachines : vélocimétrie laser dans une bâche de turbine-pompe." Grenoble INPG, 1992. http://www.theses.fr/1992INPG0001.
Full textAbstract:
Une etude experimentale est realisee pour analyser les ecoulements tridimensionnels dans une bache de turbine pompe. Un modele est specialement construit pour permettre les mesures par velocimetrie laser dans les sections transversales et dans l'espace inter-grille entre les directrices et avant-directrices. Sondages anemo-clinometriques et la mesure de la pression statique sont aussi possibles. Un velocimetre laser bidimensionnel a effet doppler avec un montage a franges et reception de la lumiere en retrodiffusion est utilise. Le traitement du signal est effectue par deux analyseurs de spectre. Une technique est developpee pour le controle des plans de mesure. Les essais sont realises au point nominal de fonctionnement. Pour le sens turbine la distribution de la composante tangentielle et les ecoulements secondaires sont obtenus. Pour le sens pompe le champ de vitesse mesure dans l'espace inter-grille met en evidence les effets periodiques lies a la rotation de la roue
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Penin, Veronique. "Interactions rotor-stator en turbine : étude de l'effet potentiel remontant." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00679727.
Full textAbstract:
L'écoulement dans les turbomachines est tri-dimensionnel et instationnaire. Actuellement, les concepteurs de moteurs cherchent à réduire l'encombrement et le poids des machines. En conséquence, les interactions entre les roues, appelées interactions rotor-stator, sont renforcées. Parmi elles, l'effet potentiel remontant n'est désormais plus négligeable malgré sa rapide atténuation spatiale. Dans cette étude, cet effet potentiel remontant a été analysé sur une configuration spécialement conçue : une grille linéaire d'aubes de turbine, suivie de barreaux défilants en aval à une distance de 20% de corde axiale, simulant des aubes de rotor en aval. La grande échelle du banc d'essais facilite l'étude du comportement de la couche limite des aubes de la grille. Des mesures de pression et d'anémométrie laser à deux composantes, synchronisées avec le défilement des barreaux aval sont réalisées. Le nombre de Reynolds, basé sur la corde, est 1.6 × 105. Une grille de turbulence placée en amont de la grille d'Aube afin de pouvoir augmenter le taux de turbulence amont a été utilisée. Des résultats de mesures en absence de cette grille (faible taux de turbulence amont) sont également présentés et analysés. Une modélisation numérique, basée sur un calcul laminaire avec un préconditionnement basse vitesse pour la même configuration, a montré la déformation des lignes de courant de l'écoulement dans le canal inter-aubes, en fonction de la position du barreau aval. La distribution de pression autour de l'aube est également périodiquement modifiée. Les résultats stationnaires expérimentaux, en absence de tout barreau aval, ont révélé un décollement de la couche limite à l'extrados de l'aube à bas taux de turbulence amont(Tu−am = 1.2%) qui est supprimé à haut taux de turbulence amont (Tu−am = 4.2%) ; la couche limite commence alors sa transition par un mode by-pass. Aucun effet instationnaire dans la couche limite n'a été observé à l'intrados, quel que soit le taux de turbulence amont. L'étude instationnaire, avec le défilement des barreaux en aval, a permis de mettre en évidence un décollement périodique de la couche limite à l'extrados à bas taux de turbulence amont (Tu−am = 1.8%). Dans ce cas, la couche limite suit deux modes de transition au cours d'une période : une transition par décollement et une transition bypass. Au contraire, dans le cas à fort taux de turbulence amont (Tu−am = 4.0%), aucun décollement de la couche limite n'a été décelé. La couche limite est sujette à l'effet instationnaire à l'extrados. Elle est devenue turbulente au bord de fuite à tout instant par un mode by-pass. Cette étude a montré que l'effet potentiel issu d'un roue en aval est du même ordre de grandeur que les effets de sillage et doit être pris en compte dans l'analyse des phénomènes. Par des méthodes d'indexation de roues, le décollement de la couche limite pourrait être supprimé.
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Gruin, Marion. "Dynamique non-linéaire d'une roue de turbine Basse Pression soumise à des excitations structurales d'un turboréacteur." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00750011.
Full textAbstract:
La prise en compte des couplages dynamiques entre les différents organes constituant une turbomachine s'inscrit dans le processus d'optimisation des designs moteur. L'amélioration des performances des turboréacteurs passe souvent par l'utilisation d'architectures multi-rotors. Dans le contexte des moteurs avec une architecture bi-rotor, des résultats d'essais expérimentaux montrent qu'il est nécessaire de considérer, dès la conception, l'influence de la dynamique de l'arbre Haute Pression (HP) sur les aubages de l'arbre Basse Pression (BP). Dans ce cadre d'étude, un premier modèle simplifié de bi-rotor aubagé est développé dans le repère tournant lié au rotor BP. Ce modèle est composé de deux rotors modélisés par des équivalents poutres - masses - ressorts et d'une roue aubagée constituée d'aubes souples modélisées par des poutres encastrées sur un disque rigide. Desnon-linéarités de type jeu radial avec contact au niveau des paliers sont également considérées et la réponse des aubes soumises à des excitations multi-fréquentielles de type balourd BP et HP est analysée. La présence de non-linéarités dans le système conduit à mettre en oeuvre des algorithmes adaptés, basés sur des techniques de résolution dans le domaine fréquentiel avec l'évaluation des efforts non-linéaires dans le domaine temporel. Afin d'avoir une meilleure description de la dynamique de la roue aubagée, une méthode spécifique de couplage est proposée, permettant de coupler un modèle réduit de roue aubagée 3D à un modèle simplifié de bi-rotor. Une démarche adaptée à la modélisation de la roue aubagée en symétrie cyclique est implémentée afin de considérer des non-linéarités de type contact en tête d'aube. La méthode de couplage proposée est ensuite illustrée sur un exemple simple puis validée dans un cadre linéaire et non-linéaire. Enfin, cette méthode de couplage est appliquée au cas d'une structure industrielle, constituée d'un modèle d'ensemble simplifié représentatif d'un moteur et d'un modèle éléments finis d'une roue de turbine BP. Les résultats obtenus mettent en évidence le couplage entre la dynamique d'ensemble et la dynamique de la roue aubagée et permettent de prédire la réponse non-linéaire des aubes de turbine BP en présence d'une excitation multi-fréquentielle, dans des configurations de co-rotation et de contra-rotation.
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Hettasch, Georg. "Optimization of fir-tree-type turbine blade roots using photoelasticity." Thesis, Stellenbosch : University of Stellenbosch, 1992. http://hdl.handle.net/10019.1/993.
Full textAbstract:
Thesis (MEng.)-- University of Stellenbosch, 1992.
140 leaves on single pages, preliminary pages i-xi and numbered pages 1-113. Includes bibliography. Digitized at 600 dpi grayscale to pdf format (OCR),using an Bizhub 250 Konica Minolta Scanner and at 300 dpi grayscale to pdf format (OCR), using a Hp Scanjet 8250 Scanner.<br>Thesis (MEng (Mechanical and Mechatronic Engineering))--University of Stellenbosch, 1992<br>ENGLISH ABSTRACT: The large variety of turbo-machinery blade root geometries in
use in industry prompted the question if a optimum geometry could be found. An optimum blade root was defined as a root with a practical geometry which, when loaded, returns the minimum fillet stress concentration factor. A literature survey
on the subject provided guidelines but very little real data to work from. An initial optimization was carried out using a
formula developed by Heywood to determine loaded projection fillet stresses. The method was found to produce unsatisfactory
results, prompting a photoelastic investigation. This experimental optimization was conducted in two stages. A single tang defined load stage and a single tang in-rotor stage which modeled the practical situation. The defined load stage was undertaken in three phases. The first phase was a preliminary investigation, the second phase was a parameter optimization and
the third phase was a geometric optimization based on a material utilization optimization. This material optimization approach produced good results. From these experiments a practical optimum geometry was defined. A mathematical model which
predicts the fillet stress concentration factor for a given root
geometry is presented. The effect of expanding the single tang
optimum to a three tang root was examined.<br>AFRIKAANSE OPSOMMING: Die groot verskeidenheid lemwortelgeometrieë wat in turbomasjiene
gebruik word het die vraag na 'n optimum geometrie laat
ontstaan. Vir hierdie ondersoek is 'n optimum geometrie
gedefineer as 'n praktiese geometrie wat, as dit belas word, die
mimimum vloeistukspanningskonsentrasiefaktor laat ontstaan. 'n
Literatuur studie het riglyne aan die navorsing gegee maar het
wynig spesifieke en bruikbare data opgelewer. Die eerste
optimering is met die Heywood formule, wat vloeistukspannings
in belaste projeksies bepaal, aangepak. Die metode het nie
bevredigende resultate opgelewer nie. 'n Fotoelastiese
ondersoek het die basis vir verdere optimeering gevorm. Hierdie
eksperimentele optimering is in twee stappe onderneem. 'n
Enkelhaak gedefineerde lasgedeelte en 'n enkelhaak in-rotor
gedeelte het die praktiese situasie gemodeleer. Die
gedefineerde lasgedeelte is in drie fases opgedeel. Die eerste
fase was n voorlopige ondersoek. Die tweede fase was 'n
parameter optimering. 'n Geometrie optimering gebasseer op 'n
materiaal benuttings minimering het die derde fase uitgemaak.
Die materiaal optimerings benadering het goeie resultate
opgelewer. Vanuit hierdie eksperimente is 'n optimum praktiese
geometrie bepaal. 'n Wiskundige model is ontwikkel, wat die
vloeistukspanningskonsentrasiefaktor vir 'n gegewe
wortelgeometrie voorspel. Die resultaat van 'n geometriese
uitbreiding van die enkelhaaklemwortel na 'n driehaaklemwortel
op die spanningsverdeling is ondersoek.
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Bastin, Grégoire Leboeuf Francis. "Simulation numérique de l'écoulement instationnaire et turbulent dans un étage de turbine haute pression." [S.l. : s.n.], 2004. http://bibli.ec-lyon.fr/exl.doc/gbastin.pdf.
Full text
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Papadogiannis, Dimitrios. "Coupled Large Eddy Simulations of combustion chamber-turbine interactions." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/14169/1/Papadogiannis_partie_1_sur_3.pdf.
Full textAbstract:
Modern gas turbines are characterized by compact designs that enhance the interactions between its different components. Combustion chamber-turbine interactions, in particular, are critical as they may alter the aerothermal flow field of the turbine which can drastically impact the engine life duration. Current state-of-the-art treats these two components in a decoupled way and does not take into account their interactions. This dissertation proposes a coupled approach based on the high-fidelity Large Eddy Simulation (LES) formalism that can take into account all the potential paths of interactions between components. In the first part of this work, an overset grid method is proposed to treat rotor/stator configurations in a rigorous fashion that is compatible with the LES solver AVBP. This interface treatment is shown not to impact the characteristics of the numerical schemes on a series of academic test cases of varying complexity. The approach is then validated on a realistic high-pressure turbine stage. The results are compared against experimental measurements and the influence of different modeling and simulation parameters is evaluated. The second part of this work is dedicated to the prediction of combustion chamber-turbine interactions using the developed methodologies. The first type of interactions evaluated is the indirect combustion noise generation across a high-pressure turbine stage. This noise arises when combustor-generated temperature heterogeneities are accelerated in the turbine. To simplify the simulations the heterogeneities are modeled by sinusoidal temperature fluctuations injected in the turbine through the boundary conditions. The noise generation mechanisms are revealed by such LES and the indirect combustion noise is measured and compared to an analytical theory and 2D predictions. The second application is a fully-coupled combustor-turbine simulation that investigates the interactions between the two components from an aerothermal point of view. The rich flow characteristics at the turbine inlet, issued by the unsteady combustion in the chamber, are analyzed along with the migration of the temperature heterogeneities. A standalone turbine simulation serves as a benchmark to compare the impact of the fully coupled approach.
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Nucara, Pascal. "Design of gas turbine axial compressors for fuel flexibility." Thesis, University of Sussex, 2014. http://sro.sussex.ac.uk/id/eprint/48905/.
Full textAbstract:
Current gas turbine technology for power generation is generally optimised for natural gas. On the basis of current instabilities in natural gas price and supply, the use of alternative fuels, such as syngas, has recently gained high interest. Due to the different thermodynamic properties of syngas compared to natural gas the behaviour of existing gas turbine components may significantly change. From practical and economic points of view, it is generally considered that in order to meet the new fuel properties, the main effort should be put on the adaptation of conventional gas turbines in integrated gasification combined cycle (IGCC) plants rather than producing a new generation of gas turbine designs from scratch. In addition to the requirement of new combustion technologies, main critical issues are represented by the reduction of compressor surge margin and turbine blade overheating. Solutions might include thermodynamic cycle as well as turbine geometry modifications. The latter would be preferred in terms of power plant performance. The main aim of this thesis is to explore suitable solutions to be applied to gas turbine compressors in order to accommodate syngas combustion. Among others, the use of variable stator vanes (VSVs) and blade radial stacking line modifications are considered. These are investigated on reference geometries available in the public domain. A baseline compressor geometry representative of a conventional heavy-duty gas turbine fueled with natural gas is generated and modified according to the understating gained during this study. The re-designed machine is a result of the application of stator vanes re-staggering in the front stages and blade sweep in the rear stages in order to cope with compressor air supply control and critical flow separation regions respectively. The obtained results show that efficient and stable operation during power modulation can be achieved, while reducing the need of other modifications to the combined cycle plant. It was therefore concluded that the proposed option can be considered a viable option to satisfy some important technical and economic constraints imposed by the integration of an existing gas turbine within an IGCC plant.
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Ekong, Godwin I. "Tip clearance control concepts in gas turbine H.P. compressors." Thesis, University of Sussex, 2014. http://sro.sussex.ac.uk/id/eprint/48906/.
Full text
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Bastin, Grégoire. "Simulation numérique de l'écoulement instationnaire et turbulent dans un étage de turbine haute pression." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2004. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/gbastin.pdf.
Full textAbstract:
Cette thèse concerne l'utilisation de méthodes numériques adaptées à la simulation du refroidissement du bord de fuite d'un distributeur dans un étage de turbine HP. Le code elsA, développé à l'ONERA, est utilisé avec un schéma temporel de type Runge-Kutta à quatre pas et un schéma spatial de type centré de Jameson. La turbulence est prise en compte à l'aide de divers modèles (Michel, Spalart-Allmaras, k-l, k-w, k-e, et ASM). Diverses simulations de l'écoulement dans un distributeur bidimensionnel sans et avec refroidissement, modélisé avec la technique Chimère, au bord de fuite ont permis de valider cette technique. La simulation tridimensionnelle du distributeur isolé refroidi a pu aussi être entreprise. Enfin deux calculs stationnaires, avec et sans refroidissement, et un calcul instationnaire sans refroidissement sont réalisés sur un étage de turbine haute pression. Ces résultats ont permis de dégager l'influence du refroidissement sur l'écoulement dans un étage de turbine<br>The aim of this study concerns the use of numerical methods for the resolution of the Reynolds Averaged Navier Stokes equations adapted to the simulation of the cooling of the trailling edge of a stator in a HP turbine. The elsA solver developped at ONERA, is used with a four steps Runge Kutta time discretisation scheme and a Jameson centered space discretisation scheme. Turbulence is simulated either through the Michel, Spalart-Allmaras, k-l, k-w, k-e and ASM models. Some simulations of the flow in a bidimensional stator, with and without cooling (which is realized with the Chimera technique), are carried out. It validated this technique. The tridimensional simulation of a single cooled stator is also realized. Finally two steady computations, without and with cooling, and an unsteady computation without cooling are carried out on a high pressure turbine stage. These results make it possible to determine the effect of the cooling on the flow in a turbine stage
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Bagnera, Carlo. "Development of a Doppler Global Velocimetry system in view of turbomachinery applications." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2008. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210548.
Full textAbstract:
The development of a Doppler Global Veocimetry (DGV) system is described. An argon ion laser has been modified to suit the requirements of DGV. An etalon with high precision tilting control has been mounted in the laser cavity. The backward mirror of the laser cavity has been mounted on a piezotranslator for controlling the laser cavity length. Two iodine cells have been designed and manufactured: one with a bead of iodine in the cell volume, the other with a limited amount of iodine. The iodine absorption line of both cells has been calibrated with good repeatibility. The laser has been stabilized in frequency, so that operations during a measurement session in the lab are simplified. The capabilities of DGV measurements have been tested in two jets, at low and at high speeds. Velocity fluctuations of the jet could be followed, in spite of the highly noisy signals. The first steps towards three velocity component measurements with a single camera in a difficult environment such as the geometry of a turbomchinery cascade have been made. Imaging two views of a target on the same camera sensor is discussed, along with the spatial and luminosity calibration required.<br>Doctorat en Sciences de l'ingénieur<br>info:eu-repo/semantics/nonPublished
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Fayeulle, Dominique. "Elaboration et étude de révêtements céramiques à sous-couche d'accrochage cellulaire pour la protection chimique et thermique de composants de turbomachines." Paris, ENMP, 1989. http://www.theses.fr/1989ENMP0149.
Full textAbstract:
Etude d'un nouveau procédé de fabrication des barrières thermiques fondé sur le dépôt électrophorétique d'une couche métallique (nicraly+ta) pour obtenir des sous-couches d'accrochage par aluminisation en phase vapeur avant la réalisation des barrières thermiques par projection plasma de zircone partiellement stabilisée. On analyse les propriétés des produits réalisés par ce procédé et leur potentiel d'application pour la protection des composants de turbomachines
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Linassier, Guillaume. "Étude expérimentale et numérique de l’allumage des turboréacteurs en conditions de haute altitude." Thesis, Toulouse, ISAE, 2012. http://www.theses.fr/2012ESAE0013/document.
Full textAbstract:
Le développement et la certification de systèmes propulsifs aéronautiques nécessitent une phase d'essais sur banc moteur. Ces essais permettent entre autres de caractériser les limites d'allumage des foyers de combustion de turbomachines, mais sont extrêmement coûteux et générateurs de délais pour l'industriel. Afin de limiter leur recours, il est nécessaire de développer des méthodes permettant de prévoir de la façon la plus fiable possible les performances d'allumage d'un prototype de chambre de combustion, et ce aussi bien pour des conditions de décollage au niveau de la mer que pour le cas critique de la haute altitude.L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement et à la validation d’outils numériques pour la prévision de l'allumage des foyers de combustion à partir de données expérimentales obtenues sur le banc MERCATO de l’ONERA. Ces travaux ont été conduits en étroite coopération avec TURBOMECA. Des améliorations ont été apportées à un modèle permettant de simuler l'allumage d'un brouillard de carburant suite à un dépôt d'énergie par bougie à arc électrique. Ce modèle a été couplé à un code de calcul multiphysique (code CEDRE) afin d'établir des cartographies d'allumage à partir d'un champ aérodiphasique moyenné, mais également de simuler la phase de propagation de la flamme à l’ensemble du foyer par approche RANS pseudo-stationnaire. Afin de valider ces deux approches, une caractérisation expérimentale d'une maquette de chambre mono-secteur a été réalisée sur le banc d'essai MERCATO. Ces essais ont permis de constituer une banque de données très fournie pour différents cas tests. La comparaison de la cartographie d’allumage expérimentale à celle fournie par la simulation numérique donne des résultats très satisfaisants et encourageants en vue d’une application à un foyer réel de turbomachine. En parallèle, des résultats très prometteurs ont été obtenus sur une nouvelle maquette de chambre de combustion trisecteur,dérivée d'un foyer industriel, permettant de comparer ses limites d’allumage à celles obtenues sur la chambre réelle. Cette configuration fera l’objet par la suite d’une étude détaillée de la propagation de la flamme intersecteurs, impossible à réaliser sur la géométrie d'un foyer annulaire complet<br>Design of aircraft engines requires tests on engine benches. These tests allow characterizing combustor ignition limits, but are extremely expensive and time consuming. In order to limit their number, it is necessary to develop alternative methods enabling to predict the ignition performances of a combustor prototype, for both ground conditions and high altitude conditions, the latter being particularly critical.The purpose of this thesis is to contribute to the development and validation of numerical tools enabling to predict ignition performances of combustor. Validation will be possible using an experimental data base obtained on the MERCATO test bench, at ONERA. This work results from a close cooperation with TURBOMECA. A numerical model, previously developed to predict the ignition of fuel spray following a spark discharge, has been improved. This model has been combined to a multiphysics CFD code (CEDRE) in orderto build ignition map from a mean two-phase flow field, and also to compute the flame propagation stage using RANS approach. In order to validate both methods, experimental characterization of a one-sectorcombustor has been performed on the MERCATO test rig. A complete data base for validation of CFD code isnow available. Comparison of experimental and numerical ignition mapping showed good agreements for the different tests cases, and seems encouraging for an application on an industrial combustor. In the same time,promising results have been obtained with a new experimental three-sector combustor. Its geometry is basedon an industrial combustor, allowing a comparison of ignition performances between the simplified and the industrial combustors
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Majidpour, Mehdi. "The dynamics of technological catching-up : the case of Iran’s gas turbine industry." Thesis, University of Sussex, 2011. http://sro.sussex.ac.uk/id/eprint/6905/.
Full textAbstract:
Today, fostering gas-fired power plants is recognised as a significant step towards a low-carbon economy. Gas fired-power plants are favoured over other types of fossil-fuelled power plants due to their various advantages, including lower emissions, flexibility of technology, higher efficiency, short construction times and lower capital investment. The gas turbine is the main machine and the most technologically advanced part of a gas-fired power plant. There have been a limited number of companies in industrialised countries that have developed these sophisticated technologies over the last 50 years. The global market for land-based gas turbines has an oligopolistic structure. The evolution of these technologies has been greatly influenced by countries' government policies, and in particular energy policies. In this light, one question is: to what extent have industrialising countries built their technological capabilities in gas turbines? Consequently, one focus of interest here is the way in which, and the extent to which, industrialising countries have synthesised their indigenous technology development efforts with overseas technology inflows. Countries such as Iran, India and China, which have large and growing domestic electricity markets, are appropriate candidates for research in order to understand the possible technological gaps and associated dynamics between the industrialised and industrialising worlds. To answer these questions, this thesis research deals with Iran's gas turbine industry and, for the first time, systematically examines this industry in the context of a developing country. The study delves deeply into the dynamics of interactions between indigenous technology development and overseas technology inflows. It casts light upon the influences, challenges, and difficulties associated with technological catching-up processes. The framework of the analysis is based on an extensive literature review on technological catch-up, the substitution/complementarity debate, and the gas turbine industry. The framework was operationalized through qualitative interviews as well as supplementary documents. The thesis uses a ‘dynamic approach', and argues that understanding the interaction processes cannot be reduced to examining only the type of relationship between the two technology sources. Instead, far more attention needs to be devoted to analysing the complexity and associated influences on this relationship. The thesis also provides empirical insights into the development of gas turbine capabilities in India and China, the two largest emerging economies. It reveals that a high level of state involvement in developing countries is a prominent feature of the industry. It also demonstrates that the evolution of the industry also in both developed and developing countries is closely interrelated with each country's national energy policies.
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Gougeon, Pierre. "Interactions aérodynamiques entre une turbine haute pression et le premier distributeur basse pression." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2014. http://www.theses.fr/2014ECDL0026/document.
Full textAbstract:
L’amélioration des performances des turboréacteurs actuels est un enjeu crucial dans un contexte de contraintes économiques et environnementales fortes. Au sein du turboréacteur, le canal inter-turbines, localisé à l’interface entre la turbine Haute Pression (HP) et le premier distributeur Basse Pression (BP), est le siège d’écoulements très complexes. Ainsi, les structures aérodynamiques issues de la turbine HP (sillages, tourbillons et ondes de choc) interagissent fortement entre elles et impactent l’écoulement du distributeur BP, engendrant ainsi des pertes de rendement de l’ensemble de la configuration. Ce travail de thèse s’attache à étudier les phénomènes d’interactions aérodynamiques entre une turbine HP et le premier distributeur BP et à analyser les mécanismes à l’origine des pertes aérodynamiques dans le distributeur BP. Une campagne expérimentale antérieure, réalisée sur un banc d’essai comprenant une turbine HP couplée à un distributeur BP, avait permis de recueillir des mesures de l’écoulement dans des plans situés dans le canal inter-turbines et à l’aval du distributeur BP. En lien avec ces résultats expérimentaux, les simulations numériques menées dans cette étude avec le logiciel elsA s’attachent à restituer précisément la nature tridimensionnelle, instationnaire et turbulente de l’écoulement au sein de cette même configuration. Ces travaux se développent alors en trois étapes principales. Dans un premier temps, une étude stationnaire avec traitement plan de mélange permet de comprendre et quantifier les aspects généraux de l’écoulement. Une évaluation de l’effet de la modélisation turbulente RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) et du schéma numérique spatial sur les structures aérodynamiques présentes dans la configuration est réalisée. Dans un deuxième temps, une modélisation turbulente avancée de type ZDES (Zonal Detached-Eddy Simulation) est employée pour la résolution de l’écoulement dans le distributeur BP. Les structures aérodynamiques instationnaires issues de la roue HP amont sont modélisées par une condition limite à l’entrée du domaine de calcul. L’approche ZDES est comparée à une approche Unsteady RANS (URANS) sur la même configuration. La formation et la dissipation des sillages et des tourbillons est significativement différente entre les deux modélisations, ce qui impacte de manière importante la génération des pertes aérodynamiques. Enfin, des simulations URANS de plusieurs configurations permettent de mieux comprendre les effets d’interaction entre les différentes rangées d’aubes. Ainsi, les approches instationnaires chorochroniques prenant en compte un seul rotor et un seul stator évaluent des effets instationnaires importants dans le canal inter-turbines. Ces approches conduisent à la mise en oeuvre d’un calcul sur une configuration multipassages-chorochronique prenant en compte les deux stators et le rotor afin de modéliser complètement les interactions déterministes existantes. Afin de quantifier celles-ci avec précision, une décomposition modale du champ instationnaire est mise en place. Les niveaux d’interactions liées aux différentes roues sont alors quantifiés et l’impact sur les pertes aérodynamiques est évalué<br>Improving the performance of current aeronautical turbines is an important issue in a context of severe economical and environmental constraints. In a turbofan, the inter-turbine channel which is located between the High-Pressure (HP) turbine and the first Low Pressure (LP) vane is characterized by a complex flow. Therefore aerodynamic structures coming from the HP turbine (wakes, vortices and showkwaves) strongly interact between each other and affect the LP vane flow field. This generates efficiency losses of the overall configuration. This PhD thesis aims at studying the aerodynamic phenomena between a HP turbine and the first LP vane and at analyzing the mechanisms creating aerodynamic losses. A previous experimental campaign, which was carried out on a facility including a HP turbine coupled to a LP vane, enabled to gather flow field measurements in planes located in the inter-turbine channel and downstream of the LP vane. In comparison with these experimental data, the numerical simulations done with elsA software intend to reproduce accurately the 3D, unsteady and turbulent nature of the flow within this configuration. The work can be divided into three mains steps. As a first step, steady simulations with a sliding mesh treatment enable to understand the general aspects of the flow. An assessment of the effects of RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) turbulent predictions and of spatial numerical schemes on the aerodynamic structures present in the configuration is carried out. As a second step, the advanced turbulence approach ZDES (Zonal Detached-Eddy Simulation) is considered for the LP vane flow prediction. The unsteady aerodynamic structures coming from the upstream HP rotor are set as an inlet boundary condition of the computational domain. The ZDES approach is compared to a URANS (Unsteady RANS) approach on the same computational domain. The generation and dissipation of the wakes and vortices are significantly different on the two simulations, and thus impact the creation of aerodynamic losses. Finally, URANS simulations enable to better understand the interaction effects between the different blade rows. First, the unsteady phase-lagged approaches that take into account a single rotor and stator assess the important unsteady effects in the inter-turbine channel. They finally lead to the implementation of a multipassages phase-lagged computation that takes into account the two stators and the rotor in order to model all the existing determinist interactions. In order to quantify them accurately, a modal decomposition of the unsteady flow field is set up. The interaction levels linked to the different blade rows are therefore quantified and the impact of the aerodynamic losses is evaluated
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Segui, Troth Luis Miguel. "Multiphysics coupled simulations of gas turbines." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/19530/7/SeguiTroth_Luis.pdf.
Full textAbstract:
The resolution of differential equations of diverse degree of complexity is necessary to simulate the phenomena present in the complex turbomachinery flows and in particular, requires accounting for unsteady effects that may have a preponderant role. Today, only the LES (Large Eddy Simulation) fully compressible approach has the required accuracy to predict the physics associated to reactive and turbulent flows in such complex geometries. This work covers the numerical modelling of physics in the near-wall region of a high-pressure turbine blade with special focus on thermal predictions. This work was supported by the European project COPA-GT, dedicated to the numerical multi-physics simulation of a complete gas turbine.
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Ottavy, Xavier. "Mesures par anémométrie laser dans un compresseur axial transsonique : Etude des structures instationnaires périodiques." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1999. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1804_xottavy.pdf.
Full textAbstract:
Les compresseurs haute pression multi-étages sont parmi les composants les plus critiques du turboréacteur. De par la succession des parties fixes et mobiles, les machines transsoniques multi-étages induisent des phénomènes locaux fortement instationnaires, qui affectent leur performances. Or, les mécanismes de base concernant la génération, le développement et la dissipation de ces phénomènes instationnaires sont encore très mal compris et Souvent négligés dans les procédures conventionnelles de conception et de dessin. Par ailleurs, les codes de calculs tridimensionnels, instationnaires, visqueux, en configurations multi-étages, ne sont pas encore opérationnels. Dans ce contexte, il se fait sentir un besoin de données expérimentales fines, détaillées, et autant qu'il se peut instationnaires. Une analyse du champ aérodynamique à l'amont de la roue mobile du compresseur axial transsonique ECL4, conçu et réalisé par SnECMA, a été menée à partir de résultats instationnaires périodiques obtenus par vélocimétrie laser L2F-2D. Notre étude s'inscrit dans les travaux menés au laboratoire pour étendre l'applicabilité de l'anémométrie L2F aux machines haute vitesse. Elle a en particulier porté sur l'amélioration des accès optiques au compresseur. Afin de garantir un large champ d'exploration, sans introduire de discontinuité géométrique dans la veine, l'utilisation de verres courbes est requise. Une étude des distorsions optiques du faisceau laser au passage de hublots courbes a donné lieu à une méthode de correction optique originale employant un verre correcteur, restituant une qualité du volume de mesure équivalente, si ce n'est meilleure, à celle induite par des verres plans. Les résultats de l'expérience confrontés à ceux d'une méthode analytique développée à partir d'un couplage proposé par Starken, et d'une simulation numérique PROUST se sont montrés très cohérents. Ils ont permis, en outre, d'illustrer tout l'intérêt d'utiliser des méthodes analytiques simples pour définir la résolution spatiale tant du point de vue numérique (constitution du maillage) que du point de vue expérimental (localisation des points de mesures). De plus, les résultats acquis ont montré la capacité d'obtenir des informations précises sur la structure fine de l'écoulement, telles les variations de l'amplitude du sillage RDE résultant des interactions successives avec les ondes de détente et de choc défilant avec la roue mobile. Ce phénomène est par ailleurs confirmé à travers une étude de l'évolution de la vorticité associé à ce sillage. Par ailleurs, il a été possible de quantifier les corrélations des fluctuations purement instationnaires intervenant dans la décomposition d'Adamczyk. Déjà en amont de la roue mobile, elles sont du même ordre de grandeur que les fluctuations spatiales dues au choc oblique, alors qu'elles sont actuellement négligées dans les modèles de fermeture des équations du canal moyenne. On peut donc s'attendre à ce que ces corrélations soient encore plus importantes à l'intérieur de la roue mobile, où sont présentes de multiples sources d'instationnarité (choc fort, interactions visqueuses. . . )<br>A flow field analysis upstream of the rotor of the ECL4 transonic axial compressor, designed and built by SNECMA, has been made from the unsteady periodic results obtained with the L2F-2D anemometry technique. One objective of this work is to improve the applicability of L2f anemometry to high speed turbomachinery. Particular care has been paid to the improvement of the optical access. Curved glasses,which conform to the shroud contour, have been used in order to avoid any mismatch between the windows and the casing and to prevent any impact on the flow field. The resulting optical distortions of the control volume, which could hinder the acquisition of any data, have been corrected using an original and inexpensive optical assembly. The time dependant results are analyzed in the IGV-rotor inter-row. The aim of this analysis is, one the one hand, to improve our understanding of the unsteady flow phenomena. A study of the interaction between the IGV wakes and the shock waves emanating from the leading adge of the rotor blades proves the increase in magnetude of the wake passing through the moving shock. This result is highlighted by the streamwise evolution of the wake vorticiry. On the other hand the purely time-dependant velocity fluctuations which occur in the time averaging procedure, developed by Adamczyk, are quantified. It may be concluded that they are of the same order of magnitude as the spatial terms for the inlet rotor flow field. This shows that the temporal fluctuations should be considered for the 3D rotor time-averaged simulations
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Boidot, Mathieu. "Élaboration de revêtements γ-γ' et de systèmes barrière thermique par Spark Plasma Sintering : tenue au cyclage thermique et propriétés d’usage". Phd thesis, Toulouse, INPT, 2010. http://oatao.univ-toulouse.fr/11972/1/boidot.pdf.
Full textAbstract:
Les procédés existant pour la fabrication de sous-couches et de systèmes barrière thermique pour les aubes mobiles des turbomachines sont complexes, onéreux, et, de leur reproductibilité dépend la durée de vie de ces systèmes. Cette étude montre la faisabilité d'obtention de sous-couches γ-Ni + γ'-Ni3Al enrichies en platine et de systèmes barrière thermique complets, par l'utilisation du procédé de Spark Plasma Sintering (SPS). Les paramètres du procédé SPS (pression, durée, température et nombre de paliers) ont été ajustés afin de fabriquer les différents types de systèmes. Des améliorations ont été apportées à l'outillage, en vue notamment de mieux appréhender la température de la pièce lors du cycle thermique et, d'empêcher la formation de carbures. Les propriétés microstructurales des revêtements obtenus sont caractérisées et mises en relation avec les paramètres d'élaboration. De plus, les propriétés d'usage (cinétique d'oxydation, résistance au cyclage thermique et à la corrosion par les aluminosilicates fondus, CMAS, conductivité thermique) ont été évaluées. Un large domaine de composition de sous-couches a pu être exploré, notamment par l'addition, par pulvérisation cathodique, d'éléments réactifs (Hf, Y, Si) et d'autres éléments (Ag, Au, Cu) ayant un effet sur le domaine de stabilité de la phase γ'. La possibilité de réaliser des systèmes barrière thermique mono et bi-couches céramiques en une seule étape par le procédé SPS est également démontrée. Un mode d'endommagement spécifique des systèmes barrière thermique élaborés par SPS a été mis en évidence lors d'essais de cyclage thermique et interprété avec l'aide de simulations numériques par éléments finis. Les nombreuses compositions et architectures réalisées au cours de cette étude, sont un encouragement à poursuivre les améliorations apportées au procédé pour l'obtention de systèmes plus complexes et plus fiables.
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Diango, Kouadio Alphonse. "Etude de l'influence des pertes thermiques sur les performances des turbomachines." Thesis, 2010. http://www.theses.fr/2010CNAM0729/document.
Full textAbstract:
Dans les turbomachines conventionnelles, l’estimation des performances (rendement, puissance et rapport de pression) se fait en général en admettant l’adiabaticité de l’écoulement. Mais, de nombreuses études ayant montré l’influence négative des échanges thermiques internes et externes sur les performances des petites turbomachines dans les faibles charges et aux bas régimes, cette hypothèse ne peut plus être recevable. L’objectif principal de cette thèse est de contribuer à lever l’hypothèse d’adiabaticité.Une étude préalable de l’état de l’art a permis de relever les différents types de transferts thermiques dans les turbomachines et de circonscrire notre étude.Puis, une analyse exergétique généralisée, ayant pour but la prise en compte des deux principes de la thermodynamique, a été effectuée et l’évolution de l’indice de performance caractérisant le niveau d’énergie récupérable en fonction des échanges thermiques est étudiée.Les performances des turbomachines à fluide compressible sont généralement représentées sous forme graphique dans des systèmes de coordonnées adimensionnelles établies avec l’hypothèse d’adiabaticité. Ces cartographies couramment utilisées par les exploitants et constructeurs ne conviennent pas aux machines fonctionnant avec transferts thermiques. L’étude de la similitude des turbomachines thermiques à fluide compressible présentée dans ce travail, propose de nouvelles coordonnées adimensionnelles pouvant être utilisées aussi bien en adiabatique que dans les écoulements avec transferts thermiques.Enfin, nous proposons un protocole de mesures et un modèle numérique pour l’évaluation des transferts thermiques dans un turbocompresseur.Certains résultats obtenus montrent que les performances calculées avec l’hypothèse d’adiabaticité de l’écoulement du fluide sont surestimées. Les nouvelles lois de la similitude proposées généralisent le théorème de Rateau au fluide compressible fonctionnant dans n’importe quelle condition et permettent de calculer les échanges thermiques à chaud à partir des résultats d’essai à froid. Une donnée supplémentaire (température de refoulement) est néanmoins nécessaire pour la prédiction complète des performances et des échanges thermiques.Le modèle numérique de calcul des échanges thermiques proposé donne des résultats en accord avec ceux attendus, mais nécessite des données réelles issues de mesure sur banc pour une validation complète<br>In the conventional turbomachines, calculations are done assuming adiabatic flow. But, the negative influence of external and internal heat exchange on the performance of small turbomachines at low loads and low speeds have been shown by many studies in the literature. Then, this assumption is no longer admissible. The main objective of this thesis is to help remove the assumption of adiabaticity.A study of the state of art has identified the different kinds of heat transfer and defined the limits of our investigations.Afterwards, a generalized exergy analysis whose main goal is to take into account the two principles of thermodynamics has been made and the variation of exergy performance versus heat transfer has been studied.The maps currently used are made with the assumption of adiabaticity. The laws of similarity in turbomachines working with compressible fluid studied propose new dimensionless coordinates that can be used in any operating condition (adiabatic or not).Finally, we present a measurement protocol and a numerical model for calculating heat transfer in a turbocharger.Some results from our work indicate that the performance of thermal turbomachinery announced regardless of thermal heat exchanges are found to be overestimated.The new laws of similarity proposed generalize the Rateau’s theorem to compressible fluid flow in any operating condition and can be used to calculate heat transfer from adiabatic test results. Supplementary information is still required for the complete prediction of performance and heat transfer.The numerical model for calculating heat transfer gives some results that are in agreement with those expected. But actual data from test bench are required for complete validation
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(7042724), James Braun. "Power Harvesting from Shock Waves: the Axial Bladeless Turbine." Thesis, 2020.
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<div>A new class of bladeless turbines was developed which allows for power extraction from harsh environments with minimal maintenance cost. This is achieved through a wavy hub surface that promotes shocks and expansion fans and hence generates torque besides trust if used as bottoming or topping cycle. </div><div>A numerical procedure to design, mesh, and model this new expansion device through steady and unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes simulations is outlined. Then, the full three-dimensional flow field is replicated using a two-dimensional geometry to enable a simpler test section with full optical access at the Purdue Experimental Turbine Aerothermal Lab. Pressure, heat flux, and skin friction are computed via several measurement techniques to provide an accurate estimation of the uncertainties on the power, efficiency, and heat flux of the bladeless turbine. High-frequency pressure sensors (160 kHz) along with a high-frequency heat flux sensor (atomic layer thermopile) are used to characterize the unsteady phenomena on the hub and the shroud. Unsteadiness in the flow field is assessed through 10 kHz shadowgraph, density gradients are quantitatively assessed via 3 kHz Background Oriented Schlieren, and unsteady velocity components and flow angles are characterized with 1 kHz Femtosecond Laser Electronic Excitation Tagging. A reduced order model is constructed with Spectral Proper Orthogonal Decomposition to retrieve the dominant frequencies in the flow field, which could be associated with a multitude of shock-boundary layer, shock-shock, and shock-shear layer interactions.</div><div>A parametric study and multi-objective optimization to maximize power extraction while minimizing pressure loss and heat flux are performed. The operational envelope and scaling of the bladeless turbine are described for several reduced mass flows, reduced speeds, and swirl angles. Based on all the gathered simulations, a guideline for the design of bladeless turbines is provided.</div><div><br></div><div>Finally, the operation of the bladeless turbine is analyzed considering the unsteady propagation of a rotating oblique shock throughout the passage. Non-dimensional parameters to generically describe rotating shocks are discussed, and their influence on the operation of the turbine is assessed. Correction terms for the power and pressure loss during the unsteady operation of the bladeless turbine are developed with results of this section.</div><div><br></div>
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Vaezi, Masoud. "Modeling and control of hydraulic wind power transfer systems." Thesis, 2014. http://hdl.handle.net/1805/6172.
Full textAbstract:
Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI)<br>Hydraulic wind power transfer systems deliver the captured energy by the blades to the generators differently. In the conventional systems this task is carried out by a gearbox or an intermediate medium. New generation of wind power systems transfer the captured energy by means of high-pressure hydraulic fluids. A hydraulic pump is connected to the blades shaft at a high distance from the ground, in nacelle, to pressurize a hydraulic flow down to ground level equipment through hoses. Multiple wind turbines can also pressurize a flow sending to a single hose toward the generator. The pressurized flow carries a large amount of energy which will be transferred to the mechanical energy by a hydraulic motor. Finally, a generator is connected to the hydraulic motor to generate electrical power. This hydraulic system runs under two main disturbances, wind speed fluctuations and load variations. Intermittent nature of the wind applies a fluctuating torque on the hydraulic pump shaft. Also, variations of the consumed electrical power by the grid cause a considerable load disturbance on the system.
This thesis studies the hydraulic wind power transfer systems. To get a better understanding, a mathematical model of the system is developed and studied utilizing the governing equations for every single hydraulic component in the system. The mathematical model embodies nonlinearities which are inherited from the hydraulic components such as check valves, proportional valves, pressure relief valves, etc.
An experimental prototype of the hydraulic wind power transfer systems is designed and implemented to study the dynamic behavior and operation of the system. The provided nonlinear mathematical model is then validated by experimental result from the prototype.
Moreover, this thesis develops a control system for the hydraulic wind power transfer systems. To maintain a fixed frequency electrical voltage by the system, the generator should remain at a constant rotational speed. The fluctuating wind speed from the upstream, and the load variations from the downstream apply considerable disturbances on the system. A controller is designed and implemented to regulate the flow in the proportional valve and as a consequence the generator maintains its constant speed compensating for load and wind turbine disturbances. The control system is applied to the mathematical model as well as the experimental prototype by utilizing MATLAB/Simulink and dSPACE 1104 fast prototyping hardware and the results are compared.