Turbomachines

Durée

26h Th, 26h Pr

Nombre de crédits

Enseignant

Koen Hillewaert

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue française

Organisation et évaluation

Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Unité 1 - Généralités

• Introduction et classification de turbomachines;
• Dynamique des fluides: équations de conservation; similitude; surfaces portantes;
• Turbomachines: définition des repères; équation d'Euler et rothalpie; triangles de vitesse; conditions totales en repère absolu et relatif;

• Rangées d'aubages axiales: forces, puissance et coefficients pertes; similitude, coefficients d'étage; équilibre radiale.
• Passages radiaux sans et avec aubages.

• énergies hydrauliques, hauteurs, pertes de charge, lignes hydrauliques
• cavitation
• coup de bélier

• classification et similitude;
• composants de machines axiales et radiales
• bilan énergétique et rendements
• estimation des conditions à travers la machine
• courbes caractéristiques
• cavitation et NPSH

• point d'opération en circuit et estimation des conditions et NPSH
• stratégies de controle: étranglement, vitesse, bypass
• pompes multiétages, rongement et interprétation du catalogue d'achat.

• similitude: classification, mise-à-échelle, opération normalisées
• description des types de turbines et leur composants 
• bilan énergétique et rendements
• estimation des conditions à travers la machine
• courbes caractéristiques et régulation
• cavitation

• équations d'état; diagramme h-s; polytropes;
• nombre de Mach et effets soniques; quantités totales; chocs.
• écoulements en conduite: Fanno, Rayleigh, Laval
• estimation itérative des conditions d'écoulements 

• équation d'Euler, rothalpie, rapport des conditions thermodynamiques en repère absolu et relatif; diagrammes de Mollier d'étage, coefficients de cascade et étage
• estimation des conditions thermodynamiques et cinétiques dans un écoulement et dans une turbomachine;
• similitude: mise-à-échelle et extrapolation, conditions corrigées et réduites

• composants compresseurs axiaux et radiaux
• définition des rendements
• courbes caractéristiques et limites d'opération
• description de l'écoulement dans les passages
• décrochage et pompage
• impact de la compressibilité sur l'opération hors point nominal et géométrie variable

• opération des composants turbines axiales et radiales;
• définition des rendements de la machine, de l'étage et du passage
• courbes caractéristiques
• écoulements types en passage
• Turbines à vapeur: disposition et caractéristiques des étages; régulation.

• choix des paramètres du cycle Brayton en lien avec la technologie
• couplage de composants
• turbines stationnaires
• propulsion aéronautique: introduction aux cycles et technologie des turboréacteurs civils et militaires; turboprops; évolutions récentes

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

• Comprendre l'opération, le choix et la conception des machines en fonction de l'application, la définition du point nominal de la charge, les conditions d'opération;
• Déterminer le point d'opération d'une machine dans une installation;
• Reconstruire les états thermodynamiques et d'écoulement à travers la machine et faire une estimation préliminaire de la performance;
• Savoir faire une prédimensionnement d'un étage/machine simple;

Savoirs et compétences prérequis

Le cours rappellera les bases et les précisera dans le contexte de turbomachines, mais il est important de revoir ses connaissances en:

• thermodynamique appliquée: lois fondamentales, polytropes, diagrammes de Mollier
• dynamique des fluides;
• mécanique Newtonienne: forces, couple et travail, repères

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

• Sessions hebdomadaires comprenant 3h de théorie et 30' d'exercices (en moyenne)
• 1 labo mesure de performance d'une machine par groupe de 2
• 1 projet individuel de prédimensionnement/estimation de la performance d'une machine.

Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)

Cours donné exclusivement en présentiel

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Syllabus et fascicule d'exercices en anglais sur e-campus

Articles et tables thermodynamiques sur e-campus.

Oeuvres génériques recommandés (disponibles dans librairie sciences appliquées, * électronique)

• Fundamentals of Turbomachines, E. Dick*
• Turbomachinery Flow Physics and Dynamic Performance, M. Schobeiri*
• The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow, E. Shapiro
• Aero-Thermodynamics and flow in Turbomachines, M.H. Vavra

• Hydrodynamics of Pumps, C.E. Brennen*
• Design and analysis of radial compressors, R. Van den Braembussche*
• Axial flow turbines, fluid mechanics and thermodynamics, J.H. Horlock
• Axial flow compressors, fluid mechanics and thermodynamics, J.H. Horlock
• Compressor aerodynamics, N. Cumpsty
• Jet propulsion : a simple guide to the aerodynamic and thermodynamic design and performance of jet engines, N. Cumpsty

Modalités d'évaluation et critères

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation écrite ( questions ouvertes ) ET évaluation orale

Travail à rendre - rapport


Explications complémentaires:

La cote est composée des résultas sur

• le rapport de laboratoire
• le rapport sur le prédimensionnement/estimation de performance
• l'examen oral de théorie
• l'examen écrit d'exercices

Stage(s)

N/A

Remarques organisationnelles et modifications principales apportées au cours

Contacts

Pour les questions concernant théorie, exercices ou projets, on vous demande de les poser en session de cours, ou de vous adresser d'abord au forum dédié sur e-campus pour permettre à chacun de profiter de l'information et assurer un retour rapide. Si toujours nécessaire, un rdv individuel ou de groupe pourra être convenu par courriel

• Koen Hillewaert (enseignant) koen.hillewaert@uliege.be
• Nicolas Leclère (assistant) n.leclere@uliege.be

Association d'un ou plusieurs MOOCs

Aucun MOOC n'est associé à ce cours.