contribution a l'étude de l'érosion de cavitation - Infoscience - EPFL

Resume
Le developpement d'une poche de cavitation partielle attachee al'entree de l'aubage
d'une turbomachine hydraulique est souvent a l'origine d'une erosion severe qui peut conduire
a l'arr^et prematuredelamachine avec des consequences economiques considerables.
Des cavites tourbillonnaires de vapeur sont generees par la poche de cavitation et convectees
par l'ecoulement. Les implosions repetees de ces cavites dans la zone de recompression
generent localement des surpressions intenses qui sonta l'origine de l'arrachement
de matiere.
La prediction de l'erosion de cavitation est un probleme complexe qui a naturellement
conduit les chercheurs dans les domaines de l'hydrodynamique, de la mecanique du solide
et de la metallurgie.
On se propose dans cette etude d'isoler l'aspect hydrodynamique de l'erosion de
cavitation et de decrire les mecanismes de l'attaque dans le but d'elaborer un modele
mathematique pour caracteriser et predire l'intensite des surpressions dues aecoulement
en presence d'une poche de cavitation partielle.
Dans un premier temps, une etude de la dynamique de l'implosion d'un tourbillon de
vapeur isole est entreprise dans le Generateur de Tourbillons de Cavitation de l'IMHEF .
L'utilisation de cameras ultra rapides revelent que l'implosion d'une telle cavite est suivie
d'un rebond supersonique generateur d'une onde de choc de forte intensite ( 2GPa)
qui se propage dans le liquide et le solide. L'implosion d'un tourbillon de vapeur ne
montre aucun developpement de micro jet analogue a celui couramment observe lors de
l'implosion d'une cavite spherique a proximite d'une paroi solide. Par ailleurs, l'energie
potentielle de l'ensemble ( uide, cavite) correspondant auvolume maximum de vapeur
atteit par la cavite constitue une bonne base pour caracteriser la surpression qui resulte
de son implosion.
A n d'etudier le l^acher des cavites transitoires par une poche attachee, un ensemble
d'experience est entrepris dans le tunnel de cavitation de l'IMHEF sur un pro l bidimensionnel
de type NACA009 . Ce dernier est equipe de 30 capteurs miniatures de pression
instationnaire. L'enregistrement des pressions et des vibrations induites par la cavitation
ainsi que le releve des dimensions de la poche sont e ectues de maniere simultanee.
L'analyse des spectres de pression et des images conduit a distinguer entre le regime
libre et le regime force delapoche de cavitation. Le regime force a lieu en presence
du couplage hydroelastique. Dans ce cas, les pulsations de la poche de cavitation aussi
bien que le l^acher des cavites erosives sont fortementmodules par les vibrations du pro l.
Dans le cas du regime libre, la poche de cavitation peut ^etre stable ou instable. Une
poche stable est caracterisee par des pulsations de faible amplitude. Dans ce cas, les
cavites transitoires sont de faibles dimensions par rapport a la longueur de la poche et
le processus de l^acher rev^et un caractere fortement intermittent. La cavitation instable
est marquee par une amplitude de pulsation de la poche principale et des dimensions des
cavites transitoires du m^eme ordre de grandeur que la longueur de la poche. Dans ce cas
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