Academic literature on the topic 'Machines tournantes – Bruit'

Ce travail s'inscrit dans un projet de recherche dont l'objectif est de proposer des simulations numériques en fluides (CFD) capables de capturer le bruit produit par les machines tournantes.Cette thèse, au sein de ce projet, à pour objectif d'étudier des méthodes d'adaptation de maillages (instationnaires) pour des écoulements turbulents instationnaires.On commence par décrire les outils nécessaires à nos études, à savoir les méthodes numériques, les modèles de turbulences et l'adaptation de maillages. Une première partie est consacrée à l'étude de l'algorithme d'adaptation de maillage instationnaire "Transient Fixed Point" appliqué à des écoulements turbulents autour de cylindres à différents nombre de Reynolds. Puis on étudie une méthode pour prendre en compte la rotation dans les simulations,que l'on couple avec les méthodes d'adaptation de maillage. Des exemples numériques sont proposés.Ces premiers travaux se heurtent à deux importants problèmes ouverts en CFD maillage-adaptative.Afin de choisir de manière optimale le pas d'avancement en temps implicite, on présente une nouvelle méthode d'adaptation de maillages espace-temps, qui permet d'adapter simultanément le maillage en espace et le maillage en temps. Afin d'adapter le maillage à la fois à l’écoulement moyen et aux grandes structures turbulentes, on propose une nouvelle approche d'adaptation de maillage pour la turbulence en calcul LES et hybride
This work is part of a research project aimed at proposing numerical fluid simulations (CFD) capable of capturing the noise produced by rotating machines.The aim of this thesis is to study mesh adaptation methods for unsteady turbulent flows. We begin by describing the tools required for our studies, namely numerical methods, turbulence models and mesh adaptation. The first part is devoted to the study of the "Transient" unsteady mesh adaptation algorithms applied to turbulent flows around cylinders at different Reynolds numbers. A method for taking rotation into account in simulations is then studied, and coupled with mesh the adaptation methods. Numerical examples are proposed.This initial work encounted two major unsolved problems in CFD mesh-adaptation. In order to optimally select the implicit time step, a new space-time mesh adaptation method is presented, which simultaneously adapts the space mesh and the time mesh. In order to adapt the mesh to both mean flow and large turbulent structures, a new mesh adaptation approach is proposed for turbulence in LES and hybrid computation

Le bruit à large bande constitue aujourd'hui une part importante, parfois dominante, du bruit généré par certains ventilateurs à basse vitesse ou soufflantes de turbomachines. Ce travail de thèse propose une approche hybride combinant les méthodes analytiques avec le post-traitement de simulations des équations moyennées de la mécanique des fluides.Une synthèse bibliographique du bruit à large bande généré par les profils d'aile est effectuée. Les modèles analytiques développés par Amiet pour le bruit d'impact de turbulence et le bruit de bord de fuite sont présentés, et des extensions en sont également proposées. Dans une seconde partie, les pales d'un ventilateur axial à basse vitesse sont instrumentées, afin de mesurer la statistique de pression en paroi. Le modèle analytique du bruit de bord de fuite est ici étendu au cas d'une pale de ventilateur puis validé par comparaison de la pression acoustique mesurée en chambre anéchoïque avec le modèle. Une extension est ensuite proposée pour appliquer, à titre prospectif, cette formulation en champ libre au calcul de la puissance acoustique d'une soufflante de turbomachines. Dans un contexte industriel, les informations disponibles sur l'écoulement autour d'un ventilateur ne sont que les données moyennes, issues d'une simulation des équations moyennées de Navier-Stokes (RANS). Dans des cas simples, des modèles semi-empiriques permettent d'en déduire le spectre des fluctuations de pression en paroi. En revanche, ils ne peuvent pas être appliqués à un écoulement soumis à un gradient de pression positif. Une augmentation du niveau spectral dans ce cas est observée et un nouveau modèle empirique est proposé.

Le travail presente concerne l'etude des representations temps-frequence a l'ordre 2 et aux ordres superieurs avec pour cadre applicatif la surveillance des systemes electro-mecaniques par voie acoustique ou vibratoire. Notre objectif est de preciser l'apport ainsi que les conditions d'emploi des methodes temps-frequence. Nous montrons que l'exploitation des representations temps-frequence bilineaires associee a l'etude de machines tournantes en regime transitoire permet de mettre en exergue certains modes de fonctionnement non admissibles et d'en realiser l'analyse afin d'en determiner l'origine. Cette constatation nous conduit a etendre l'analyse a la decision par la mise en place d'un detecteur quadratique construit dans le plan temps-frequence mais exploite dans le domaine temporel. On obtient ainsi une statistique de decision robuste et peu couteuse sur le plan calculatoire. Ce detecteur est applique avec succes au diagnostic d'un systeme d'entrainement generant des nuisances sonores. La seconde partie de ce travail concerne les representations temps-frequence d'ordre superieur. Une synthese bibliographique est realisee et vise a rassembler les representations temps-multifrequence et multitemps-frequence au sein d'un meme formalisme. Une etude approfondie de ces representations permet de conclure a la presence d'interferences non lissables mettent en defaut les procedures classiques conduisant a leur suppression. Cependant, les tranches principales de ces representations sont bien adaptees a l'etude de signaux aleatoires et permettent, entre autres, de caracteriser les couplages de phases, de differencier les composantes temps-frequence de densites de probabilites differentes, de rejeter le bruit gaussien et d'estimer

La conception des groupes moto-ventilateurs au sein de Valeo Systèmes Thermiques et la prédiction de leurs performances aérauliques reposent majoritairement sur les méthodes de développement virtuel, i.e. la conception assistée par ordinateur et la simulation numérique de la mécanique des fluides. Dans ce cadre, le présent travail propose une méthodologie de prédiction et de minimisation de la composante tonale du bruit d'un groupe moto-ventilateur. L'approche adoptée est hybride et dissocie la génération et la propagation du bruit. La propagation en champ libre est calculée avec une formulation intégrale de l'analogie de Ffowcs-Williams et Hawkings. Dans un premier temps, les termes-sources à la surface du rotor et du stator sont calculés par une simulation numérique instationnaire. La compacité de la pale ainsi que l'influence du maillage acoustique sur la prédiction sont ensuite investiguées. Finalement, les résultats sont comparés aux mesures expérimentales. Dans un deuxième temps, les sources acoustiques à la surface du stator sont calculées avec le modèle de Sears enrichi avec des données extraites d'une simulation stationnaire du rotor complet. Avant de procéder à la prédiction acoustique, l'influence du modèle de turbulence sur les résultats finaux est évaluée à travers une comparaison entre LES et RANS pour l'écoulement autour de profils extrudés. Enfin, la problématique de minimisation du bruit tonal est traitée en tant que problème d'optimisation où la géométrie d'une aube est paramétrée et où la recherche de l'optimum est conduite par un algorithme génétique. Cette optimisation a permis de concevoir un stator moins bruyant et adapté à l'écoulement en aval du rotor étudié.

Le comportement dynamique des turbomachines industrielles doit respecter des critères émis par les normes internationales et les utilisateurs. Les rotors flexibles sont sensibles à la distribution de balourd, et sont soumis aux excitations aérodynamiques de leur environnement. Usuellement, les contrôleurs utilisés peinent à délivrer le niveau d’exigence demandé, par conséquent les propriétés mécaniques des paliers magnétiques sont fortement dépendantes de celles des rotors. L’objectif de ce mémoire est d’analyser le comportement dynamique des compresseurs centrifuges afin de proposer une stratégie de contrôle innovante. D’abord, chaque palier est considéré comme une entité a part entière en couplant ses deux axes d’action. Le comportement dynamique du rotor est exprimé dans le repère polaire. Par ailleurs, la logique floue, qui utilise un modèle de pensée proche du raisonnement humain, applique des actions correctives en fonction du comportement dynamique global du rotor. Ainsi, l’utilisation couplée de ces deux approches créé une synergie permettant d’agir sur le système de manière ciblée. Le contrôleur dissipe l’énergie cinétique du rotor lors du franchissement de vitesses critiques afin d’atténuer la réponse au balourd, ou augmente la raideur du palier lors de vibrations transitoires ou asynchrones afin de réduire la trajectoire du rotor. Le faible amortissement structurel du rotor le rend sensible au phénomène de « spillover » (l’énergie de contrôle affecte les modes de fréquence élevée). Or, la logique floue ne peut pas gérer ce phénomène. Ainsi, un contrôleur PID sous-jacent est utilisé pour maîtriser la stabilité des modes hautes fréquences. Au final, le contrôleur flou polaire permet d’obtenir des marges de performances entre les capacités de cet asservissement et le cahier des charges. Ces marges sont utilisées pour trois objectifs : le respect des spécifications, l’amélioration du comportement subsynchrone, et enfin la simplification et la standardisation du contrôleur sous-jacent nommé ici SPID. Ce contrôleur est tel que ses caractéristiques, dans la plage de fréquence utile, sont indépendantes du rotor pour une application donnée. Enfin, la stratégie développée est évaluée avec des simulations numériques et des essais expérimentaux. D’abord, le modèle numérique est validé, puis le contrôleur est appliqué à un banc d’essais académique. Le comportement est stable et robuste. Il présente des performances supérieures au PID augmenté fourni avec le banc, que ce soit pour la réponse au balourd, ou pour la réponse à des excitations subsynchrones. Finalement, la démarche est appliquée à un compresseur industriel. Les simulations montrent que le comportement est proche de celui exigé pour des machines sur paliers classiques. L’optimisation de l’approche et l’automatisation de la conception pourraient conduire à la standardisation des paliers magnétiques actifs
The dynamic behaviour of large turbomachinery should satisfy stringent requirements dictated by international standards and final users. Their flexible rotor is sensitive to the unbalance distribution and subjected to particular excitations coming from the industrial process. Usually, the performance margins between the requirements and the classical controller capabilities are small. Consequently, the magnetic bearing characteristics depend on the rotor geometry. Designing such controllers is difficult and time consuming. The objective of this thesis is to investigate the dynamic behaviour of supercritical centrifugal compressors in order to propose a new control strategy. First, each bearing is considered as one entity by coupling its two axes of action. The introduction of polar quantities permits a better observation of the rotor dynamic behaviour. In addition, by using logic close to human being reasoning, the fuzzy logic modulates the action forces as a function of the global dynamic behaviour. The coupling of the two approaches is an efficient way to apply targeted corrective actions. This controller attenuates the unbalance vibration when crossing critical speeds by applying damping forces, or increases the stiffness during transient or asynchronous excitations in order to limit the maximum displacement reached. As their structural damping is low, flexible rotors are very sensitive to spillover effect, which cannot be managed by fuzzy controllers. Consequently, an underlying PID is necessary. This hand-synthesized controller has high frequency characteristics tuned in order to ensure stability and robustness for each rotor. Compared to a classical approach, the polar fuzzy controller enables to increase the performance margins. These margins are used to fulfil three objectives: the achievement of standards requirements, the improvement of the subsynchronous behaviour, and the simplification and the standardization of the PID controller that we called SPID. This SPID is designed for a given application, such that the bearing characteristics on the operating frequency range are always the same. The control strategy is assessed numerically and experimentally. First, the numerical model is validated with experimental tests. Then, the controller developed is applied to an academic test rig. The controller is stable and robust. It exhibits performance superior to the augmented PID supplied with the test rig for both unbalance response and response to subsynchronous excitations. Finally, the control of an industrial compressor is assessed numerically. The results obtained are close to the standards requirements used for classical bearings. The optimization of the approach and the utilization of an automatic tuning algorithm for high frequency characteristics could lead to the standardization of Active Magnetic Bearings

Ce mémoire concerne l'étude de la réduction des vibrations des machines synchrones. L'objectif est de proposer une structure optimisée au plan vibratoire, et de mettre au point un dispositif de contrôle actif des vibrations. L'essentiel des informations utiles à la compréhension des mécanismes sources de vibrations est exposé au premier chapitre. Il est montré que le caractère non sinusoïdal de l'induction dans l'entrefer est source de vibrations (électromagnétiques. L'étude expérimentale, sujet du deuxième chapitre sert à définir les éléments de conception d'une machine optimisée au plan vibratoire. Un stator à encoches inclinées et un rotor à aimantations à saturation optimisées ont été retenues. Le troisième chapitre comprend la définition précise d'une maquette optimisée ainsi qu'une étape de validation expérimentale. Il est ici montré que l'usage d'aimants tuile au rotor et le recours à des techniques d'optimisation de structure constituent des outils efficaces pour la réduction des vibrations des machines synchrones. Le dernier chapitre est consacré à la mise en place d'un dispositif de compensation active des vibrations. Cette méthode, fiable et efficace a permis d'obtenir une réduction notable des vibrations, et ce avec des moyens simples et peu coûteux en énergie