Simulation fluide structure pour un calcul statique dans un compresseur centrifuge

Abstract

The use of computational fluid dynamics (CFD) has become essential in the design of centrifugal compressors, offering the ability to predict key performance metrics such as pressure ratio and efficiency with a reasonable degree of accuracy. However, accurately predicting the detailed flow behavior within compressors remains a considerable challenge, largely due to the complexity of selecting an appropriate turbulence model. In the iterative design and optimization process, the need for reliable and numerically stable turbulence models that deliver precise results in a short timeframe is increasingly critical. This study focuses on the fluid-structure interaction (FSI) within a centrifugal compressor, exploring the complex interplay between aerodynamic forces and structural deformations under compressible flow conditions. The objective is to evaluate how structural deflections affect the compressor's performance and reliability, particularly in terms of blade deformation and stress distribution. Using ANSYS CFX for the CFD simulations and ANSYS Mechanical for structural analysis, we implemented a two-way coupling approach to model both the fluid and structural responses in a coupled simulation environment. By examining the flow characteristics alongside the induced structural stresses. Résumé L'utilisation de la dynamique des fluides numérique (CFD) est devenue indispensable dans la conception des compresseurs centrifuges, permettant de prédire avec précision les paramètres de performance globaux tels que le rapport de pression et le rendement. Cependant, la prédiction précise des écoulements internes reste un défi majeur, principalement en raison de la complexité du choix d'un modèle de turbulence approprié. Dans le processus itératif de conception et d'optimisation, il devient essentiel de disposer de modèles de turbulence fiables et numériquement stables, capables de fournir des résultats précis dans des délais réduits. Cette étude se concentre sur l'interaction fluide-structure (IFS) au sein d'un compresseur centrifuge, en explorant l'interaction complexe entre les forces aérodynamiques et les déformations structurelles dans des conditions d'écoulement compressible. L'objectif est d'évaluer comment les déformations structurelles influencent la performance et la fiabilité du compresseur, notamment en termes de déformation des pales et de distribution des contraintes. En utilisant ANSYS CFX pour les simulations CFD et ANSYS Mechanical pour l'analyse structurelle, nous avons mis en œuvre une approche de couplage bidirectionnel afin de modéliser à la fois les réponses fluides et structurelles dans un environnement de simulation couplée. En examinant les caractéristiques de l'écoulement ainsi que les contraintes structurelles induites.