Investigation of rotor-stator interactions and laminar-turbulent transition using unsteady simulations and the Menter-Langtry model - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Communication Dans Un Congrès Année : 2023

Investigation of rotor-stator interactions and laminar-turbulent transition using unsteady simulations and the Menter-Langtry model

Etude des interactions rotor-stator et de la transition laminaire-turbulent par simulations instationnaires et le modèle de Menter-Langtry

Résumé

A significant part of the flow at the turbine blade walls can be laminar which influences the heat transfer and separation. Thus, the assumption of fully turbulent flow is not well suited for turbine applications. The present study aims at validating the Menter-Langtry transition model for unsteady flows. The configuration supporting this study is the CT3 turbine stage (TATEF2 project), experimentally tested at the van Karman Institute. To carry out unsteady simulations without simulating the full annulus configuration, a sliding interface technique is used, this latter handling no-match connectivities and relative motion between rotor and stator, and based on a reduced blade count leading to a contraction or a dilatation of the rotor-stator interface (the blade geometry is not modified). Thus, the model validation is completed by a comparison of this method with a steady-state simulation applying the mixing plane approach, classically used in turbine design. Moreover, as the elsA software enables the use of structured and unstructured meshes in the same computational domain, this validation is performed on both mesh types and some numerical guidelines are given to a relevant comparison between structured and unstructured meshes. The comparison to experimental data highlights a good agreement and validates the model to predict the time-averaged performances. For this configuration, only the unsteady simulations with a transition model are able to capture both isentropic Mach and Nusselt numbers over rotor and stator walls. Other simulations (steady one with or without transition model, unsteady one with a full turbulent flow assumption) fail at matching measurements. The mesh type and numerical approach effects are also reported.
Une partie significative de l'écoulement autour d'aubes de turbine peut être laminaire, ce qui impacte le flux de chaleur et les décollements. Ainsi, l'hypothèse d'écoulement pleinement turbulent n'est pas adapté aux turbines. La présente étude vise à valider le modèle de transition, proposé par Menter et Langtry, pour les écoulements instationnaires. La configuration étudiée est l'étage CT3 du projet TATEF2, testée à l'Institut von Karman. Pour réaliser les simulations sur un secteur réduit, la condition RNA est utilisé, celle-ci reposant sur une contraction-dilatation de l'interface rotor-stator. Cette validation par une comparaison de cette méthode aux résultats stationnaires obtenus avec un plan de mélange. De plus, cette validation concerne à la fois les maillages structurés que les maillages non-structurés, avec elsA. Une pratique numérique est ainsi fournie afin d'avoir la comparaison la plus pertinente entre ces deux types de maillage. La comparaison aux données d'essais montre un bon accord, ce qui confirme la capacité du modèle à prévoir l'écoulement moyenné en temps. Seules les simulations instationnaires avec modèle de transition sont capables de capturer à la fois le nombre de Mach isentropique et les flux de chaleur. Les autres simulations échouent à prévoir les données mesurées.
Fichier principal
Vignette du fichier
DAAA23049.1684248962.pdf (6.69 Mo) Télécharger le fichier
Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-04099284 , version 1 (16-05-2023)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04099284 , version 1

Citer

Julien Marty, Benjamin François, Cédric Content. Investigation of rotor-stator interactions and laminar-turbulent transition using unsteady simulations and the Menter-Langtry model. ETC 15 - European Turbomachinery Conference, Apr 2023, Budapest, Hungary. ⟨hal-04099284⟩
15 Consultations
36 Téléchargements

Partager

Gmail Mastodon Facebook X LinkedIn More