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En anglais
RÉSUMÉ
Cet article a pour objectif de décrire et présenter les conséquences de la présence d’un mélange diphasique liquide-gaz sur les performances des pompes rotodynamiques. À partir de résultats de visualisation et d’une analyse dimensionnelle, les principaux paramètres qui influent sur les performances des pompes sont identifiés. Des exemples typiques de courbes de performances sont présentés et comparés à celles du régime monophasique, en privilégiant le cas des pompes centrifuges.
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The paper describes and presents the consequences of inlet two-phase flow conditions on centrifugal pump performances.From visualization studies and dimensional analysis, main important parameters, that influence pump performances, are identified. Typical two-phase performances are described and compared with single phase ones.
Auteur(s)
-
Gérard BOIS : Professeur des Universités émérite - École Nationale Supérieure des Arts et Métiers, - Laboratoire de Mécanique des Fluides de Lille, Lille, France
INTRODUCTION
C’est généralement dans les applications de pompages d’hydrocarbures, de fluides chargés pour la chimie, voire de fluides alimentaires ou encore pour les besoins de captage d’eau potable ou d’irrigation que l’on peut observer l’existence d’écoulements diphasiques dans les pompes. C’est également le cas des systèmes de pompage d’urgence pour la sécurité nucléaire ou lors d’utilisation des pompes en cas d’inondations. Pour des pompes à usages plus classiques, il peut arriver que ce type de situation provienne, par exemple, de paliers en mauvais état, laissant passer, par exemple, du gaz au travers des garnitures.
Sont exclus de cet article les cas des écoulements avec cavitation. Bien que ces derniers fassent partie des écoulements diphasiques au sein d’une pompe, les phénomènes physiques qui sont à l’origine des changements de phase sont associés aux modifications de la pression locale dans la pompe. Cela n’est pas pris en compte pour la présente étude, car le mélange diphasique est considéré déjà existant en amont de la pompe y compris pour de grandes valeurs de la pression initiale.
Par soucis de simplification, on fait ici le choix de présenter les conséquences d’un écoulement diphasique et plus particulièrement d’un mélange initial liquide-gaz non miscible pour décrire et comprendre les phénomènes mis en jeu. Ces types d’écoulements sont toujours très difficiles à appréhender, compte tenu de la diversité des géométries rencontrées (machines radiales, mixtes ou axiales), de leur configuration (mono ou multi-étagées), des structures et interactions entre les phases et aussi pour la grande quantité de variables impliquées. Des approches pour modéliser les comportements des mélanges dans les pompes existent, mais ne sont pas exposées dans cet article.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
centrifugal pump | water-air flow
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Vitesse spécifique
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8. Conclusion
Une description des figures de mélange diphasique qui se développent dans les pompes, et plus particulièrement dans les pompes centrifuges, permet de comprendre l’importance relative des différents paramètres et leurs influences respectives.
En présence d’un mélange diphasique, une pompe fonctionne toujours de façon dégradée par rapport à son fonctionnement normal en monophasique.
En fonctionnement diphasique, les pompes axiales sont moins sensibles que les pompes centrifuges.
Les évolutions des figures de mélange, à l’intérieur des passages de roues, sont directement reliées aux modifications des performances des pompes et de leurs limites de fonctionnement.
Plus la vitesse de rotation d’une pompe donnée est grande, plus grande sa capacité de pompage d’un mélange diphasique est améliorée.
Pour une vitesse de rotation donnée, la pompe est d’autant plus capable de fonctionner en diphasique lorsque les débits sont importants.
Les résultats obtenus en utilisant les courbes de hauteurs nanométriques théoriques en fonction du débit montrent que les modifications des figures de mélange dans la roue ne modifient pas, de façon notable, l’angle relatif de l’écoulement fluide en sortie de roue centrifuge.
Ce ne sont que les pertes supplémentaires occasionnées par les modifications locales de la structure du mélange diphasique principalement à l’intérieur des parties mobiles qui font diminuer les capacités et les performances des pompes.
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BIBLIOGRAPHIE
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