Stage - ingénieur(e) modélisation des écoulements convectifs dans les cavités rotor-rotor f-h

Job Description

Rejoignez la Direction Technique de Safran Aircraft Engines au sein du bureau d'études module compresseur, pour un stage de 6 mois abordant la thermique et mécanique des fluides des compresseurs haute pression.

L'objectif du stage qui vous est proposé, est de recaler des modèles basse-fidélité, en s'appuyant sur la réalisation de calculs haute-fidélité sur les écoulements dans les cavités du compresseur HP.

Dans les moteurs d'avion, un flux d'air prélevé dans un étage de compresseur est utilisé pour la ventilation du rotor turbine. Ce flux d'air traverse la cavité du compresseur haute pression située sous les disques. Ce flux d'air, plus froid que la virole du rotor du compresseur, génère un écoulement convectif tridimensionnel, instationnaire et instable sous l'effet de flottement et des forces centrifuges de rotation (voir références [1,2]). Le comportement de cet écoulement a un effet très important sur la thermique des disques du rotor et, à terme, sur la performance globale du moteur et la durée de vie mécanique du rotor.

Afin de caractériser cet écoulement, la modélisation numérique fine dans ces cavités est indispensable pour d'une part éviter des montages expérimentaux ou des constructions de bancs d'essai très coûteux, et d'autre part réaliser un large spectre de cas de test. Chez Safran Aircraft Engines, des solveurs CFD (Computational Fluid Dynamics) basés sur les méthodes des différences finies (FDM) ou des volumes finis (FVM) sont généralement utilisés pour résoudre les équations de Navier-Stokes. Des études récentes sur des écoulements instationnaires ont montré que les solveurs utilisant la méthode Lattice-Boltzmann (LBM) (voir référence [3]) pour résoudre ces équations peuvent parfois être moins coûteux, plus simple à implémenter, et plus adaptés aux calculs en parallèle, ou même des calculs à haute performance (HPC). Cependant, ces solveurs ne sont pas toujours aussi fiables, ni aussi précis que les méthodes classiques, et ils ne peuvent pas toujours capturer certains phénomènes, ce qui les limite à certains problèmes, et nécessite plus d'efforts pour valider leurs résultats.

Pour cette raison, ce stage a pour objectif de modéliser qualitativement et quantitativement cet écoulement convectif et le transfert de chaleur dans les cavités inter-disques du rotor du compresseur HP du moteur M88, en utilisant un/des solveur(s) LBM, afin de comparer les résultats aux données de référence existantes (basées sur les températures des disques et les coefficients de transfert de chaleur HTCs), recaler les modèles à basse fidélité existants, et enfin, d'analyser la performance et la précision de ces solveurs.

Complementary Description

Références :
[1] J. M. Owen and C. A. Long, “Review of Buoyancy-Induced Flow in Rotating Cavities”, ASME J. Turbomach, 137(11): 111001, Nov. 2015.
[2] B. Turner, C. A. Long, P. R. N. Childs, N. J. Hills, J. A. Millward, “A Review of Some Current Problems in Gas Turbine Secondary Systems”,
ASME J. Turbomach, 97-GT-325, V003T09A061, 1997.


[3] D. Arumuga Perumal and Anoop K. Dass, “A Review on the development of lattice Boltzmann computation of macro fluid flows and heat transfer”,
Alexandria Engineering Journal, V. 54(4), P. 955-971, Dec 2015.

Job Requirements

Étudiant(e) en dernière année d'école d'ingénieur (BAC+5) ou de master (M2) en mécanique des fluides, aérothermique ou domaine similaire, vous avez une bonne connaissance en mécanique des fluides, thermodynamique, transferts de chaleur, et idéalement, en modélisation numérique.

Vous avez idéalement déjà mise en oeuvre ces compétences au travers d'une expérience antérieure en simulation numérique CFD, notamment par l'utilisation de la solution logicielle PowerFlow.

Vous êtes rigoureux, doté d'un bon sens physique, et curieux techniquement.
Vous êtes autonome et capable d'apprendre de nouvelles choses rapidement.
Vous avez la volonté de vous intégrer dans un travail d'équipe.