Study of turbulence modelling for the numerical simulation of a high pressure centrifugal compressor
Étude des approches de modélisation de la turbulence pour la simulation numérique d'un compresseur centrifuge à fort taux de pression
Résumé
This study aims to assess the abilities of existing numerical simulation methods to predict the complex physical phenomena occurring in an industrial centrifugal compressor and especially the effect of turbulence on the different flow features. RANS simulations are first performed using various turbulence models, then LES simulations and finally, two simulations using RANS/LES hybrid models of DES type are carried out. The whole compressor operating range is simulated using RANS, but because of LES and DES high computational costs, attention is focused on the nominal operating point. Particular care is devoted to determine the impact of grid refinement on the simulation results. To this end, simulations are performed on three grids, respectively composed of over 8, 26 and 165 million cells. Even though the grids used do not fulfill the mesh refinement criteria recommended in the literature for an accurate wall-resolved LES simulation, the simulation performed on the denser grid provides interesting conclusions on the turbulence generation and its interaction with the mean flow. The hybrid DES approaches used involve a shield function to prevent the boundary layers to be computed in LES. However, this function is found to be unsuited to this centrifugal compressor flow. Indeed, the RANS and LES regions are not correctly located and most of the tip leakage flow is resolved using a RANS approach, preventing the development of turbulence. This work allowed us to evaluate the various approaches and highlights some of the problems and advantages of each for the simulation of this centrifugal compressor.
Cette étude a pour objectif d’étudier différentes approches de modélisation de la turbulence sur un compresseur centrifuge industriel à fort taux de pression afin d’essayer d’élargir notre compréhension des différents phénomènes physiques mis en jeu et leur interaction avec la turbulence. D’abord, la sensibilité au maillage et au modèle turbulence est évaluée sur des calculs RANS. Une analyse de simulations LES est ensuite effectuée. En particulier, une étude de l’effet de la turbulence sur l’écoulement et une comparaison aux résultats RANS et expérimentaux est réalisée. Enfin, deux approches hybrides DES sont étudiées afin d’exposer les problèmes rencontrés par ces modèles sur cette configuration. Il en résulte une évaluation des différentes méthodes et de leur applicabilité future dans un contexte industriel.
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