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Mercredi 23 juin 2010, soutenance de thèse de Sylvain TRIDON

Etude expérimentale des instabilités tourbillonaires dans les diffuseurs des turbomachines hydrauliques

Thèse en co-direction avec

- BARRE Stéphane
- CIOCAN Gabriel

jury :

- M. Jean-Louis Kueny Professeur, LEGI, Grenoble
Président

- M. Jean-Paul Bonnet Directeur de Recherche CNRS, LEA, Université de
Poitiers Rapporteur

- Mme Claire Deschênes Professeur, LAMH, Université Laval, Québec
Rapporteur

- M. Stéphane Barre Chargé de Recherche CNRS, LEGI,Grenoble
Directeur de thèse

- M. Gabriel Dan Ciocan Project Manager, ALSTOM Hydro France, Grenoble
Co-encadrant

- M. Laurent Tomas Expert design hydraulique, ALSTOM Hydro France,
Grenoble

Mots clés :

Hydroélectricité, énergie renouvelable, aspirateur, diffuseur,récupération
de pression, PIV, LDV.

résumé :

L’aspirateur d’une turbomachine hydraulique est le composant où
l’écoulement issu de la roue est décéléré, convertissant l’excès d’énergie
cinétique en pression statique. Cet écoulement évolue dans une géométrie
tridimensionnelle complexe et est à la fois turbulent et organisé autour
d’une structure tourbillonnaire à trois coeurs de vortex. Dans le cas de la
réhabilitation d’une centrale existante seulement la roue et les
directrices sont généralement modifiées. Pour des raisons de coûts la bâche
spirale et l’aspirateur sont rarement re-dessinés, sauf si ces composants
présentent un comportement indésirable. Dans certains cas, l’installation
d’une nouvelle roue peut conduire à une chute de rendement près de
l’optimum. La présente étude montre que cet accident correspond à une
variation brutale du coefficient de récupération de pression de
l’aspirateur pour une très faible variation de débit au voisinage du point
de rendement optimal. Il est accompagné de l’apparition d’une dissymétrie
dans les débits des deux pertuis qui a pour effet d’augmenter les pertes
charges.
Le modèle d’une installation récemment réhabilitée et présentant le
phénomène est installé au CREMHyG (Grenoble). Des mesures des champs de
vitesse et de pression stationnaires et instationnaires de l’écoulement
tourbillonnaire sous la roue ont été réalisées. Elles incluent les trois
composantes de la vitesse. Des formulations analytiques pour les trois
composantes de la vitesse sont proposées et comparées aux mesures.
L’écoulement dans l’aspirateur a une structure complexe avec plusieurs
écoulements secondaires dus à la divergence et au coude. Des mesures des
champs de vitesse et de pression stationnaire et instationnaire dans
l’aspirateur ont été réalisées. Elles ont permis de retrouver
expérimentalement le décollement sur le plafond de l’aspirateur à l’origine
du déséquilibre de débit entre les deux pertuis et de la chute de rendement.
Enfin, le même modèle avec une géométrie de l’aspirateur modifiée visant à
faire disparaître le phénomène d’instabilité a été installé au CREMHyG. Des
mesures de vélocimétrie ont permis de confirmer la disparition de cette
instabilité.