Turbomachines - Bilan énergétique et applications

Comme dans tout écoulement de fluide réel, l’écoulement dans une turbomachine est le siège d’irréversibilités dues au travail des forces de frottement. Ces pertes affectent non seulement les couronnes d’aubages fixes et mobiles, mais aussi les conduits qui guident le fluide à l’entrée et à la sortie de l’appareil, ou bien encore qui relient deux étages successifs.

Par construction, il existe aussi des pertes par fuites, car il est nécessaire de conserver un jeu entre les parties fixes et mobiles. Ces pertes sont souvent délicates à quantifier, car les concepteurs doivent introduire des obstacles peu aérodynamiques destinés à en réduire le débit. De plus, ces débits de fuite interfèrent avec l’écoulement principal lorsqu’ils sont réintroduits dans la machine à l’endroit convenable.

La puissance réelle absorbée par une machine de compression est toujours supérieure à celle d’une machine parfaite, c’est-à-dire sans perte, qui fonctionnerait entre les mêmes niveaux de pression. Entre ces mêmes niveaux de pression, une machine de détente fournit une puissance plus faible que celle que l’on serait en droit d’attendre si la machine était parfaite.

Le but de cet article est de faire apparaître l’origine et la nature des pertes qui altèrent l’échange d’énergie dans une turbomachine. Il s’agit de pertes au sens mécanique, c’est-à-dire de dissipations d’énergie mécanique en chaleur.

On définit ensuite les rendements qui caractérisent l’importance des pertes sur les transferts énergétiques.

Une application concernant une turbine axiale conclut cet article ; elle récapitule les notions rappelées ou développées précédemment.

Cet article constitue le dernier volet d’une série consacrée aux turbomachines :

• [BM 4 280] – Turbomachines – Description et principes de base ;

• [BM 4 281] – Turbomachines – Mécanisme de la conversion d’énergie ;

• [BM 4 282] – Turbomachines – Thermodynamique de la conversion d’énergie ;

• [BM 4 283] – Turbomachines – Bilan énergétique et applications.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des symboles utilisés.