Etude expérimentale et numérique des effets de gaz réels dans les compresseurs transsoniques – ENERGETIC

Les systèmes de pompes à chaleur constituent des solutions rentables pour récupérer la chaleur de diverses sources afin de l'utiliser dans les applications industrielles, commerciales ou résidentielles. Les coûts de l'énergie ne cessant d'augmenter, il est impératif d'améliorer l'efficacité énergétique, en particulier les performances et la fiabilité des pompes à chaleur, ainsi que de leur impact environnemental. La plupart des compresseurs utilisés dans les pompes à chaleur sont centrifuges, mais les compresseurs axiaux pourraient constituer une solution pour les futures applications à grande échelle. Bien que les compresseurs soient une technologie éprouvée, l'utilisation de vapeurs organiques comme fluide de travail accroît l’influence de la rugosité des aubes et les effets de gaz non idéaux. Les outils numériques basse fidélité utilisés en conception peuvent donc conduire à des écarts importants dans les performances attendues, et les modèles haute fidélité demeurent d'un coût prohibitif pour l’industrie. Des expériences en soufflerie et des simulations haute fidélité seront utilisées pour mieux comprendre ces écoulements de fluides complexes dans les compresseurs. Elles serviront à entrainer des modèles d’assimilation de données qui seront mis en œuvre et testés dans des codes basse fidélité vis à vis des mesures. Les compresseurs axiaux, actuellement peu utilisés dans le contexte des pompes à chaleur, seront également étudiés expérimentalement et numériquement. L'utilisation d'une grille d’aubes de compresseur permettra une étude poussée des écoulements secondaires, des interactions onde de choc/couche limite, ainsi que des effets de rugosité. Une optimisation multifidelité sera mise en place pour optimiser les pales de compresseurs, en particulier les écoulements secondaires responsables d'une part importante des pertes. Les compresseirs axiaux et centrifuges optimisés pour tirer partie des effets de gaz réels liés à l'utilisation d'une vapeur organique comme fluide de travail seront ensuite testés dans la soufflerie CLOWT. La synergie entre l'équipe numérique et l'équipe expérimentale a été démontrée dans un précédent projet ANR-DFG Regal-ORC (13 articles et 20 dans des actes de conférences internationales) et permettra de mettre en lumière les mécanismes physiques qui déterminent l'efficacité énergétique des compresseurs axiaux ou centrifuges, l'élément central des pompes à chaleur.