Добірка наукової літератури з теми "Canal inter-Turbine"

Abstract For several decades, the use of hydropower generation using hydrokinetic turbines has grown rapidly, aiming to get energy alternatives and reduce the dependency on fossil energy. Despite it has low efficiency, the vertical axis hydrokinetic turbine (VAHT) has been used to utilize hydro energy and has a promising result. A previous study had stated that the utilization of cascaded blade enhances the performance of VAHT. However, this technology produces fluctuating torque and power during its rotation. Hence the dual-stage VAHT is proposed to overcome this issue to improve VAHT’s efficiency. This research analyzes the dual-stage VAHT’s performances by variating its inter-stage azimuth of 45°, 60°, 75°, and 90°. For each stage, there is six blades that attach at three arms. The computational fluid dynamics (CFD) simulation is employed as its capability to provide in-depth information regarding flow phenomenon, force, and torque. This simulation has proven that the dual-stage configuration has an impact on reducing torque fluctuation of VAHT and show that different of inter-stage azimuth angle brings to different torque fluctuation pattern. The average torque value produced by the new turbine with variations in shift between stages of 45°, 60°, 75° and 90° is 10,119.21 Nm, 10,656.13 Nm, 10,490.31 Nm, and 10,457.3 Nm, respectively.

La réduction de consommation de carburant dans l'aéronautique est devenue un des principaux axes de recherche, afin de réduire l'empreinte environnementale de l'aviation, mais aussi pour réduire le coût d'exploitation des aéronefs. Les motoristes, outre l'étude des technologies de rupture, travaillent aussi à l'optimisation incrémentale des turbomachines afin d'en augmenter le rendement, en réduire le poids et en faciliter l'intégration.Les turbines sont à la fois les composants les plus lourds du moteur, et ceux dont leur rendement impacte le plus la consommation spécifique. Le lien entre la turbine haute pression et la turbine basse pression est assuré par le canal inter-turbine, étudié dans le cadre de cette thèse.Depuis une vingtaine d'années, les chercheurs et les industriels essaient d'optimiser ce composant, afin de le rendre plus compact et plus performant sur le plan aérodynamique. Ce processus d'optimisation est contraint par deux principales difficultés. Premièrement, la méconnaissance de l'écoulement en sortie de turbine haute pression, qui ne permet pas de quantifier exactement les non-homogénéités de l'écoulement en entrée. Deuxièmement, la forme globalement divergente des parois qui amplifient ces non-homogénéités d'entrée, en augmentant les pertes par mélange.Les études menées visent à quantifier les erreurs sur la prédiction des performances du canal inter-turbine par simulations numériques, induites par une mauvaise modélisation des pertes par mélange.Dans un premier temps, une configuration industrielle d'un banc d'essais est analysée, afin de démonter l'impact d'une mauvaise description des non-homogénéités de l'écoulement (appelés distorsions) sur les performances du canal inter-turbine. De nombreuses simulations numériques RANS stationnaires et instationnaires ont été effectuées pour répondre à cette question, et comparées sur la base des mesures. Les pertes par mélange calculées démontrent une forte dépendance des différents mécanismes à la distorsion elle-même, et à l'état de la turbulence en entrée. Ainsi, une compréhension plus complète du mécanisme d'interaction entre distorsion et turbulence s'avère nécessaire pour la bonne conception du composant. Or ce sont deux caractéristiques de l'écoulement qui sont mal connues en sortie de turbine haute pression, du fait de la difficulté à mesurer dans de tels environnements.Une fois les mécanismes de base identifiés, deux simplifications de la géométrie seront proposées, afin d'étudier séparément les effets de la divergence des parois externes (diffusion) et de la déviation de l'aubage, sur les pertes par mélange.Concernant la diffusion, l'évolution d'un sillage dans un divergent a été étudié sur un cas académique pour mieux comprendre et quantifier le mélange dans un tel environnement. Les simulations mettent en évidence le lien entre les pertes et la turbulence injectée en entrée. Une simulation de type LES permet de mieux comprendre ce phénomène d'interaction, et de vérifier la validité de l'approche RANS à deux équations pour laquelle un comportement anistrope de la turbulence est hors de portée.Concernant l'influence de la déviation, l'évolution des pertes par mélange, qui diminuent ou augmentent avec celle-ci, est un débat ouvert depuis les années '50 en environnement turbine. Jusqu'à maintenant, la communauté scientifique a essayé de répondre à cette question au travers d'analyses complexes et résolues en temps de turbines conventionnelles. L'originalité et la simplicité de l'approche proposée dans ce mémoire se base sur une comparaison de deux géométries de turbines co- et contra-rotatives, avec la capacité d'étudier le sillage dans son propre repère de génération, sans l'utilisation de post-traitements complexes.Enfin, les résultats et les connaissances acquises sur les configurations simplifiées seront appliquées à la géométrie industrielle, et donneront lieu à des recommandations de dimensionnement du canal inter-turbine
Reducing fuel consumption in aeronautics is one of the main areas of research, in order to reduce the environmental footprint of aviation, but also to reduce aircraft operational cost. In addition to studying disruptive technologies, engine manufacturers are also working on the incremental optimisation of turbomachinery to increase efficiency, reduce weight and facilitate integration.Turbines are both the heaviest engine components and those whose efficiency has the greatest impact on specific fuel consumption. The link between the high-pressure and the low-pressure turbine is provided by the inter-turbine duct, studied in this thesis.During the last twenty years, academics and companies have been trying to optimise this component, in order to make it shorter and more aerodynamically efficient. This optimisation process is constrained by two main difficulties. Firstly, the lack of knowledge of the high-pressure turbine outlet flow, which prevent accuracy on non-homogeneities (distortion) of the inlet flow quantification. Secondly, divergent shape of the walls amplifies these inlet distortions, increasing the mixing losses.The studies carried out aim at error quantification on the prediction of the inter-turbine duct performances by numerical simulations, induced by an improper modelling of mixing losses.In a first step, an industrial configuration of a test bench is analysed, in order to demonstrate the impact of an incorrect description of the flow distortions on the performances of the inter-turbine duct. Several steady and unsteady RANS numerical simulations have been performed to answer this question, and compared to experiments. The calculated mixing losses show a strong dependence of the different mechanisms on the distortion itself, and on the inlet turbulence. Thus, a more complete understanding of the interaction mechanism between distortion and turbulence is necessary for the proper design of the component. However, these are two flow characteristics that are poorly known at high-pressure turbine outlet, due to measuring difficulties in such environments.Once the main mechanism has been identified, two simplifications of the geometry will be proposed, in order to study separately the effects of the divergence of the external walls (diffusion) and of the deflection of the blade, on the mixing losses.Concerning diffusion, the evolution of a wake in a divergent has been studied on an academic case to better understand and quantify the mixing in such environments. The simulations highlight the link between losses and inlet turbulence. A LES simulation allows a better understanding of this interaction phenomenon, and to verify the validity of the two-equation models used in RANS approach, for which anisotropic turbulence behaviour is not modelled.Concerning the influence of the deviation, the evolution of the mixing losses, which decrease or increase with the deviation, has been an open debate since the 1950s in turbine environments. Until now, the scientific community has tried to answer this question through complex and time-resolved analyses of conventional turbines. The originality and simplicity of the approach proposed in this work is based on a comparison of two co- and contra-rotating turbine geometries, studing the wake in its own generation frame, without using complex post-processing.Finally, the results and knowledge gained from the simplified configurations will be applied to the industrial geometry, and will result in recommendations for the sizing of the inter-turbine channel

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014.
Ce mémoire présente l'étude expérimentale de l'écoulement dans le canal inter-aube d’une roue de turbine de type bulbe. Pour ce faire, deux campagnes de mesures ont été réalisées. La première a fait usage de l’anémométrie laser à effet Doppler (LDV). La seconde campagne a fait appel à l’anémométrie par image de particules (PIV) et à un montage stéréoscopique endoscopique conçu sur mesure pour atteindre la région ciblée. Les données recueillies permettent de caractériser plusieurs phénomènes. L’importance du sillage des directrices entre les aubes de la roue est mise en évidence par les deux techniques de mesure. La campagne de mesure par LDV permet plus spécifiquement de cibler les tourbillons de jeu de bout d’aube et d’identifier des débalancements fixe et rotatif. En complément, les mesures par PIV révèlent la présence d’un tourbillon qui provient du bord d’attaque près du moyeu lorsque la turbine opère à charge partielle.
This work presents the experimental study of the flow in the inter-blade channel of the runner of a bulb turbine. To do so, two measurement campaigns were carried out. The first used laser Doppler velocimetry (LDV). The second campaign used particle image velocimetry (PIV) and a custom designed stereoscopic endoscopic setup allowed reaching this otherwise difficult to access measurement plane. A comparison of the two sets of data collected indicates a good match over the entire area on which they overlap. The gathered data allows characterising many phenomena. The importance of the guide vanes wake on the runner flow is highlighted by both measurement techniques. The LDV measurement campaign allows characterizing the blade tip vortices and identifying fixed and rotary flow imbalances. In addition, the PIV measurements reveal the presence of a vortex that originates from the leading edge near the hub when the turbine operates at partial load.

A quasi three-dimensional method has been developed to calculate the transonic flow in a compressor rotor. The method allows changes in the stream tube thickness and mean radius evolution through the rotor. This blade-to-blade method uses original concepts in order to be rapid (≈ 3–4 sec CPU on a HP 715 workstation), to find the precise location of the shocks (and thus the flow values on them) and the flow distribution around the profile, and finally to cover a large field of “Off-Design” operating points. Thus, it can be used in the process of optimization of a transonic compressor. The supersonic flow at the inlet as well as the oblique shock configuration inside the cascade are calculated by methods based on the characteristics theory. Conditions with attached shock wave (and thus unique incidence angle) or with detached shock wave can be calculated. Quasi-3D equations were developed (Bölcs and Tsamourtzis, 1991). The subsonic flow is calculated by a streamline curvature method, with some new concepts, and finally the shock in the inter-blade canal is found by a combination of the supersonic and subsonic flow values. This method was combined, in a S1 - S2 calculation, with a throughflow method (Sayari and Bölcs, 1995) in order to be validated by comparing the results with the measurements provided by NASA - Lewis Research Center, on a transonic compressor rotor (Strazisar T.; 1994).