Thèse CIFRE : Instabilités numériques des simulations URANS compresseurs centrifuges F/H

THESE :
Les motoristes aéronautiques, dont Safran Helicopter Engines, souhaitent disposer d'outils de simulation fiables de l'écoulement au sein des moteurs afin d'améliorer leur conception. Afin de disposer d'une représentation numérique fidèle, il est nécessaire de pouvoir prendre en compte la complexité géométrique de ces machines ainsi que le caractère instationnaire des écoulements en présence. Ces outils doivent également être compatibles en temps de restitution des contraintes temporelles d'une nouvelle conception en industrie. Le sujet de thèse s'inscrit dans la recherche partenariale menée depuis plus de vingt ans entre le Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique (LMFA) à l'École Centrale de Lyon, Safran Helicopter Engines et l'ONERA et vise ainsi à progresser sur la prise en compte du caractère instationnaire en compresseur centrifuge transsonique.

Cette thèse est la réponse à une problématique industrielle constatée à la fois à Safran Helicopter Engines et au LMFA [1 - 3] lors de simulations URANS de compresseur centrifuge transsonique. Les fluctuations prédites de l'écoulement sont tellement importantes que soit le calcul ne converge pas, soit l'amortissement des fluctuations à un niveau réaliste induit un transitoire numérique très long et donc un coup de calcul prohibitif. Dans ce contexte, cette thèse se propose de démontrer la capacité d'elsA (solveur de l'ONERA utilisé par Safran Helicopter Engines) à réaliser des calculs URANS dans un contexte industriel pour prédire en instationnaire les performances moyennes, mais aussi les fluctuations aérodynamiques et les excitations aérodynamiques dans l'ensemble du champ compresseur. Deux sous-objectifs en découlent : i/ reproduire correctement les fluctuations physiques et ii/ réduire le temps de transitoire des calculs URANS.

Le travail de thèse visé reposera sur deux géométries : une configuration industrielle Safran Helicopter Engines et le module Turbocel installé au LMFA dont une base de données expérimentales riche est déjà accessible (performances globales, mesures de pression instationnaire et vélocimétrie laser) [4]. Sur ces configurations : Une analyse des fluctuations numériques des structures aérodynamiques sera conduite. Le but de cette étape est d'identifier les structures aérodynamiques (en type, en amplitude et en fréquence) qui induisent, ou qui amplifient, les fluctuations de l'écoulement. Le travail d'analyse de ces structures reposera sur des champs spatio-temporels extraits des simulations URANS. Ensuite une étape d'étude de sensibilité aux paramètres de simulation numérique sera menée. L'objectif est double : 1/ identifier les paramètres influents pour ce type de simulation, et 2/ les faire varier doit permettre d'affiner la compréhension de l'origine des mécanismes d'amplifications. Enfin, une démarche de conception d'une solution de contrôle numérique des fluctuations ainsi que de validation par rapport aux données expérimentale sera réalisée.

La thèse s'effectuera majoritairement sur le site du LMFA (Ecully - 69), au sein de l'équipe Turbomachine. Des passages de quelques mois sur le site de Safran Helicopter Engines à Bordes (Nouvelle-Aquitaine) sont à prévoir en début de thèse ainsi qu'en dernière année. Vous serez rattaché(e) au sein de la Direction Technique de Safran Helicopter Engines, au service Méthodes & Outils et en étroite collaboration avec le Bureau d'études Entrée d'Air et Compresseur.

[1] V. Moënne-Loccoz, Analyse expérimentale des instabilités aérodynamiques dans un compresseur centrifuge de nouvelle génération. Thèse de Doctorat, Ecole Centrale de Lyon, Ecully, France, 2019.
[2] N. Poujol, Effets du calage des IGV sur les performances et les instabilités d'un compresseur centrifuge. Thèse de Doctorat, Ecole Centrale de Lyon, Ecully, France, 2022.
[3] Poujol, N., Buisson, M., Duquesne, P., Trébinjac, I. (2022). Unsteady Analysis of a Pulsating Alternate Flow Pattern in a Radial Vaned Diffuser. International Journal of Turbomachinery, Propulsion and Power.
[4] Moënne-Loccoz, V., Trébinjac, I., Poujol, N., Duquesne, P., (2020). Detection and Analysis of an Alternate Flow Pattern in a radial vaned diffuser. International Journal of Turbomachinery Propulsion and Power, 5, 2.

Vous êtes :
• Titulaire d'un Master 2 ou équivalent.
• Compétences en mécanique des fluides, idéalement en aérodynamique. Des notions sur les écoulements en turbomachines seraient appréciées.
• Notions du langage Python, goût pour le développement.
• Curiosité, sens critique, capacité d'adaptation.
• Rigueur, autonomie, sens de l'organisation.
• Anglais couramment lu, écrit et parlé.

- Déplacement en France à prévoir entre le LMFA et SafranHE.
- Déplacement à l'étranger dans le cadre de congrès internationaux (~1 semaine par année).