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Optimisation d’un turbocompresseur

Les innovations dans le développement de nouveaux turbocompresseurs visent avant tout à obtenir de meilleurs rendements. La simulation CFD permet une compréhension fine de l’écoulement et potentiellement d’identifier des zones pouvant être améliorées.

Contexte

Les turbocompresseurs – ou simplement turbo – permettent d’exploiter l’énergie issue des gaz d’échappement rejetés par la combustion dans un moteur. Pour comprendre leur intérêt, penchons nous d’abord sur le fonctionnement classique d’un moteur à quatre temps, comportant quatre phases :

  1. Admission du mélange d’air et de carburant
  2. Compression du mélange dans la chambre de combustion
  3. Détente, entraîné par l’explosion du carburant.
  4. Echappement, permettant le rejet des gaz brûlés chauds.

Au lieu de rejeter directement les gaz d’échappements, le turbocompresseur vient récupérer l’énergie qu’ils contiennent pour mettre en rotation une turbine reliée à un arbre. De l’autre côté de l’arbre, une roue de turbine est à son tour entraînée : elle va permettre d’aspirer et de comprimer l’air extérieur, ensuite injecté dans le moteur. Les turbocompresseurs permettent d’augmenter fortement le rendement du cycle et donc la puissance du moteur.

Naturellement, les acteurs du domaine des transports cherchent à optimiser le rendement de chacun des éléments qui composent le turbocompresseur. L’objectif est à la fois d’augmenter les performances du véhicule, mais aussi de réduire sa consommation et donc son coût et son impact environnemental.

Objectif

Dans l’étude présentée ici, l’objectif est de calculer et valider le rendement du turbocompresseur transmis par le client, et d’identifier les zones pouvant être modifiées pour l’améliorer.

Modélisation CFD d'un turbocompresseur

Modélisation CFD d’un turbocompresseur

Simulation et résultats

La phase de modélisation numérique d’une turbomachine est une étape clé dans le processus de conception ou d’optimisation. Les phénomènes physiques à l’œuvre sont complexes : entre autres écoulement turbulent et compressible, vitesse de rotation importante et gradients élevés dans l’air.

Grâce à une gamme complète de logiciels dédiés à la modélisation des turbomachines, OptiFluides peut réaliser ce type de simulation CFD. Il est ainsi possible de visualiser finement l’écoulement dans le turbocompresseur, les niveaux de pression, vitesse ou encore turbulence en tout point de l’espace et en fonction du temps. Il s’agit d’une étape préalable indispensable permettant de déterminer les axes d’amélioration du système. Un exemple de cas client est donné sur la vidéo ci-dessous.

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