Lois analytiques pour les écoulements en cavité rotor–stator

Analytical laws for rotor-stator flows

¹ Laboratoire de Modélisation et Simulation Numérique en Mécanique – Génie des Procédés, UMR 6181 CNRS, Universités d'Aix-Marseille I, II & III, IMT La Jetée, Technopôle Château-Gombert, 38 rue F. Joliot-Curie, 13451 Marseille Cedex 20, France
² Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre, UMR 6594 CNRS, Universités d'Aix-Marseille I & II, Technopôle Château-Gombert, 49 rue F. Joliot-Curie, BP 146, 13384 Marseille Cedex 13, France

Auteur de correspondance : poncet@l3m.univ-mrs.fr

Reçu : 3 Avril 2007
Accepté : 9 Janvier 2008

Résumé

Cette étude concerne les écoulements de type rotor–stator à couches limites séparées soumis à un flux axial. Suivant l'analyse faite par Schlichting [H. Schlichting, Boundary-layer theory, 7th edition, McGraw-Hill Book Company, New-York, 1979] dans le cas d'un disque tournant de rayon infini, on détermine des lois analytiques simples permettant de prévoir le coefficient d'entraînement K du fluide à partir des paramètres de contrôle (taux de rotation, flux, espace interdisque, taux de prérotation) pour divers régimes d'écoulement (laminaire ou turbulent) et différentes configurations (géométrie, rotor lisse, rugueux ou aileté). Cette approche analytique est validée par d'extensives mesures de vitesse et de pression.

Abstract

The evolution of the entrainment coefficient K of the rotating fluid in a rotor-stator cavity with an axial throughflow is studied according to the flow parameters. Following the analysis performed by Schlichting [H. Schlichting, Boundary-layer theory, 7th edition, McGraw-Hill Book Company, New-York, 1979] in the single disk case, we determine analytical laws for the prediction of K, which depends in each case on a different local flow rate coefficient. The influence of all parameters (geometry of the cavity, rotation rate, throughflow, prerotation level, rugosity, blades) are investigated. The behavior of the entrainement coefficient is confirmed by extensive measurements realized in water for a Batchelor type of flow with separated boundary layers by the means of a laser Doppler anemometer. The results are also compared to those performed by pressure transducers.