Faire progresser les turbomachines : la réflexion d’un père et la perspective de l’industrie

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Je vais me concentrer sur l’avancement des turbomachines, mais permettez-moi tout d’abord de commencer par une réflexion personnelle. L’origine de la citation « Donnez un poisson à un homme et vous le nourrirez pendant une journée. Apprenez à un homme à pêcher et vous le nourrirez toute sa vie », mais cette sagesse intemporelle reste d’actualité. En tant que père de deux enfants, il est de ma responsabilité de leur transmettre toutes les connaissances que je possède. Il est du devoir d’un enfant d’aspirer à surpasser son père. Si je ne suis pas un expert de la pêche, j’en maîtrise les bases et j’aime emmener mes enfants pêcher plusieurs fois par an, que ce soit dans un lac proche ou le long de la côte de l’ouest de la Suède. Ce printemps, mon fils a reçu sa première canne à pêche, et son enthousiasme à l’idée d’aller pêcher à nouveau cette année indique qu’il pourrait bientôt dépasser son père dans ce domaine.

Si je me concentre sur un événement important que j’attends avec impatience, bien que je ne me considère pas comme un expert de la pêche, je suis reconnu comme étant un expert de la pêche. expert en turbomachines au sein de l’entreprise pour laquelle je travaille. Bien que mon expertise puisse être discutée par les personnes accomplies qui font partie de l’équipe de l’entreprise, je ne suis pas un expert en turbomachines. ASME (The American Society of Mechanical Engineers), je suis enthousiaste à l’idée de participer une fois de plus à la première Turbo Expo de l’ASME afin d’acquérir des connaissances sur les progrès réalisés dans le domaine des turbomachines. L’exposition Édition 2025 (16-20 juin 2025) aura lieu à Memphis, dans le Tennessee, ville connue pour ses sites emblématiques tels que Graceland et une pyramide unique dédiée à la pêche, au bord du fleuve Mississippi. Outre les retrouvailles avec de vieux amis et collègues, j’ai hâte de me plonger dans les recherches les plus récentes afin d’approfondir mon expertise dans le domaine, dans le but ultime de faire progresser les turbomachines.

Memphis-Pyramide
Pyramide de Memphis

Faire progresser les turbomachines à l’ASME Turbo Expo

La participation à Turbo Expo est une occasion précieuse d’entrer en contact avec des leaders de l’ingénierie issus d’entreprises, d’universités et de laboratoires gouvernementaux de premier plan. Grâce à un large éventail de présentations techniques, les participants peuvent explorer des méthodes innovantes pour développer, tester et faire progresser les technologies des turbomachines dans le contexte de la production d’énergie et de la propulsion. Le fait de rencontrer les décideurs de l’industrie permet d’acquérir un avantage concurrentiel, car l’ASME Turbo Expo sert de plate-forme pour l’échange de connaissances et la promotion de la croissance professionnelle et commerciale dans le domaine des technologies de production d’énergie et de propulsion.

La simulation joue un rôle essentiel dans la compréhension des performances de machines complexes telles que les turbines à gaz, en particulier lorsque l’objectif est de faire progresser les turbomachines. Plusieurs documents de recherche présentés à l’ASME Turbo Expo 2025 portent sur la simulation, dont voici quelques exemples.

Simulation numérique et validation d’un compresseur centrifuge à haut rendement de la NASA tel qu’il a été fabriqué, à l’aide d’une approche FSI entièrement couplée.

GT2025-153737
Auteurs : Qingyuan Zhuang et al.

Cette étude combine l’aérodynamique CFD avec les forces centrifuges et la dilatation thermique pour prédire avec précision la transformation du froid en chaud. Il s’agit d’une recherche conjointe entre Siemens DISW et IsimQ. Elle a bénéficié d’un grand nombre de contributions et de bonnes interactions avec la NASA. Le modèle et les mesures sont fournis par la NASA et ouverts au public.

Avancement des turbomachines pour la géométrie et le modèle pour le cas HECC
La géométrie et le modèle pour le cas HECC. Le modèle et les mesures sont fournis par la NASA.

Co-combustion d’hydrogène avec du gaz naturel pour une chambre de combustion sèche à faibles émissions de 9 MW de Siemens Energy : partie II – Simulations de grandes turbulences

GT2025-152877
Auteurs : Kexin Liu et al.

Il s’agit d’une recherche CFD de combustion sur la simulation de la température et des émissions pour différents mélanges d’hydrogène et ratio de carburant pilote, avec le réseau de réacteurs intégré de Simcenter STAR-CCM+. Ces résultats sont comparés à des essais à haute pression. Ce document est une recherche conjointe entre Siemens Energy et Siemens DISW pour contribuer à l’avancement des turbomachines.

Faire progresser les turbomachines grâce à l'exemple de la combustion dans les moteurs à réaction
Faire progresser les turbomachines avec l’exemple de la combustion dans un moteur à réaction
La modélisation LES-FGM accélérée par le GPU contribue à l'avancement des turbomachines.
GT2024-122041 Modélisation LES-FGM accélérée par le GPU pour les applications de combustion industrielles. Avec l’aimable autorisation de Siemens Energy

Écoulements de jets impactants – validation du modèle CFD à l’aide de la vélocimétrie par résonance magnétique tridimensionnelle.

GT2025-153089
Auteurs : Scheuerer et al.

Dans cette étude, un appareil IRM (de Siemens) est utilisé pour mesurer l’écoulement des jets impactants. Cette étude illustre parfaitement l’importance des modèles de turbulence. Le modèle LAG-EB est très efficace pour prédire les schémas d’écoulement avancés et la recirculation.

Dispositif de mesure de l'écoulement par IRM
Dispositif de mesure du débit par IRM. Avec l’aimable autorisation de l’université de Rostock

Conception aérodynamique et évaluations CFD d’un compresseur axial multi-étagé à hydrogène

GT2025-153406
Auteur : Arvind Prabhakar

Cette recherche présente une méthodologie détaillée de conception aérodynamique basée sur les principes de conception de la ligne moyenne pour un compresseur axial multi-étagé d’hydrogène. Le compresseur axial multi-étagé est conçu pour une application à haut débit et un rapport de pression de compresseur typique des applications de transport d’hydrogène par pipeline. Cependant, le nombre d’étages est beaucoup plus faible, ce qui permet de réduire la longueur totale et le poids de la turbomachine.

Nombre de Mach relatif pour un compresseur d'hélium
GT2024-128129 Nombre de Mach relatif d’un compresseur d’hélium conçu par Arvind Prabhakar.

Les raisons d’utiliser le logiciel CFD STAR-CCM+ de Simcenter pour faire progresser les turbomachines

Parmi les technologies de simulation Simcenter, dans le domaine des turbomachines, le logiciel STAR-CCM+ CFD joue un rôle crucial et il y a plus d’une raison pour laquelle il est l’une des solutions les plus performantes au monde. Voici trois de mes préférées.
Numéro 1 : Les capacités multi-physiques permettent des prédictions précises de l’aérodynamique, du transfert de chaleur, de la combustion, de la multiphase, des contraintes et des déformations sur l’ensemble de la turbine à gaz.
Numéro 2 : Il dispose d’une automatisation ultra-rapide et robuste et d’une technologie de maillage parallèle qui sont utilisées pour l’exploration multidisciplinaire de l’espace de conception pour la géométrie réelle.
Numéro 3 : les solveurs les plus rapides, qui sont désormais également disponibles pour les GPU.

Quels sont les vôtres ?

Les ingénieurs qui utilisent Siemens Xcelerator peuvent améliorer considérablement les conceptions et contribuer à l'avancement des turbomachines.
Les ingénieurs peuvent améliorer considérablement les conceptions et contribuer à l’avancement des turbomachines grâce à Simcenter, qui fait partie de Siemens Xcelerator.

Je ne pousserai pas mes enfants à poursuivre des études de mécanique. Au contraire, je partage avec eux ma passion pour les technologies de simulation et les incroyables innovations en matière d’aérospatiale et de turbomachines mises au point par les meilleurs ingénieurs et chercheurs du monde entier. En participant à des événements tels que l’ASME Turbo Expo et en contribuant ou en s’inspirant de documents et de présentations qui utilisent des technologies telles que la simulation avancée, les ingénieurs peuvent avoir un impact profond sur l’avenir de l’industrie aérospatiale et sur l’avancement des applications des turbomachines.

En fait, nous ne volerions pas vers de nouvelles aventures si les gens pêchaient toute la journée.


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