Aérodynamique et contrôle de l'écoulement de jeu dans un ventilateur axial obtenu par rotomoulage

Nowadays, the manufacture of turbomachinery is conditioned by more and more restrictive rules. The industrial challenge for researchers has to consider optimal solutions to reduce sources of energy loss, instability and noise, particularly the tip clearance flow (leakage flow rate). Preliminary actions have been developed at Arts & ParisTech on rotational molding process used for the automobile cooling axial fan. The idea of this work is to use the hollow shape induced by rotational molding process in order to exploit it in the control of tip clearance flow through rotary steady air injection. For this, the shroud ring is composed of injection holes oriented in such away to reduce both of leakage flow rate and the torque. In this work, the thesis focuses on three parts. The first concerns the build of the fan by rotational molding process. The second concerns the experimental study carried out in the ISO 5801 test bench. This study involves the realization of drive system dedicated to rotary steady air injection, metrology for performance determination and the characterization of the near wake axial velocity. The third part deals with the numerical modeling of efficient experimental conditions, then the extrapolation of work towards high injection rates. For this latter, it is possible to cancel leakage flow rate with a considerable gain of the torque thus putting the fan in autorotation.
Aujourd’hui, la fabrication des turbomachines est conditionnée par des normes de plus en plus restrictives. L'enjeu industriel pour les chercheurs est d'envisager des solutions optimales visant à réduire les sources de perte d'énergie, d'instabilité et du bruit, en particulier l'écoulement de jeu (débit de fuite). Des actions préliminaires ont été élaborées à Arts & Métiers ParisTech sur le rotomoulage du ventilateur axial de refroidissement d'automobile. L'idée de ce travail est d'utiliser la forme creuse induite par le rotomoulage afin de l'exploiter dans le controle de l'écoulement de jeu radial par soufflage rotatif. Pour cela, la virole comporte des trous d'injection orientés de façon à réduire simultanément le débit de fuite et le couple. Dans ce travail, trois parties ont été traité. La première concerne la réalisation du ventilateur par rotomoulage. La deuxième concerne l'étude expérimentale menée dans le banc d'essai ISO 5801. Cette étude comporte la réalisation d'un montage dédié au contrôle par soufflage rotatif, la métrologie menée pour la détermination des performances globales et la caractérisation de la vitesse axiale du sillage proche. La troisième partie traite la modélisation numérique des conditions expérimentales rentables ensuite l'extrapolation du travail vers des taux d'injection importants. Pour ce dernier, on arrive à annuler le débit de fuite avec un gain considérable du couple mettant ainsi le ventilateur en autorotation.