Visualization of rotating stall in a full size water model of a single-stage centrifugal compressor

Visualisation d'un décollement tournant dans un banc d'essais en eau d'un étage de compresseur centrifuge

¹ University of Applied Science of Central Switzerland, HTA Lucerne
² Swiss Federal Institute of Technology, ETH Zürich

Abstract

Un banc d'essais en eau d'un étage de compresseur centrifuge à diffuseur aubé a été construit en vue de l'étude des instationnarités d'écoulement telles que le décollement tournant. Ce modèle permet de ralentir les phénomènes dans un rapport allant de 15 à 50 et offre ainsi des possibilités de visualisation dans une machine à l'échelle 1. Des mesures temporelles de pression en divers emplacements de la machine ont démontré l'aptitude du modèle à reproduire les principales caractéristiques du décollement tournant observé dans les essais en air. L'analyse en eau a ainsi permis des études d'instationnarités sur une large plage de fonctionnement. A débit partiel, l'instabilité de l'écoulement se traduit par une seule cellule de décollement tournant s'étendant de la conduite d'entrée où un vortex avec mouvement de précession apparaît, jusqu'à la sortie du diffuseur, avec une vitesse angulaire égale à 0,28 fois la vitesse de rotation de la machine. Les instationnarités au début de ce décollement et leurs évolutions ont été visualisées (vidéo). Les images montrent bien le rôle prépondérant des échanges de quantité de mouvement entre la roue et le diffuseur et ont conduit à la mise en place d'un modèle permenant l'évaluation de la vitesse de propagation à l'aide de données géométriques.