Travail de Master d’Aurélien Quarroz
Dans une turbine Pelton, le répartiteur joue un rôle essentiel : il distribue l’eau provenant de la conduite forcée vers les différents injecteurs qui alimentent la roue. La qualité de l’écoulement dans ce composant influence à la fois les pertes hydrauliques et la qualité des jets arrivant sur les augets.
Dans le domaine de la mini-hydraulique, deux grandes architectures peuvent être utilisées. Les répartiteurs dits 90° sont constitués de coudes, tés et tubes standards et présentent l’avantage d’être relativement simples et économiques à fabriquer. Les répartiteurs spiral, plus compacts et plus élaborés, visent en revanche à améliorer la qualité de l’écoulement, mais leur fabrication est plus complexe et plus coûteuse. Jusqu’ici, le bénéfice réel de cette seconde solution restait difficile à quantifier pour des turbines de quelques centaines de kilowatts à quelques mégawatts.
Le travail d’Aurélien Quarroz, réalisé en collaboration avec Jacquier-Luisier, avait donc pour objectif de comparer numériquement ces deux architectures et d’identifier des possibilités d’amélioration du répartiteur spiral développé par l’entreprise.
Le modèle numérique a également été conçu de manière paramétrique afin de pouvoir modifier les ouvertures des injecteurs et analyser plusieurs conditions de fonctionnement à partir d’une même configuration de calcul.
La CFD comme outil de conception pour la mini-hydraulique
Au-delà de la comparaison entre deux géométries, ce travail fournit surtout une méthodologie numérique permettant d’analyser et d’améliorer les répartiteurs de turbines Pelton de petite puissance.
Il montre que les performances ne peuvent pas être évaluées sur la seule base des pertes de charge : la structure des écoulements secondaires et leur influence sur les jets doivent également être prises en compte. L’hélicité apparaît ainsi comme un indicateur pertinent pour guider le développement de futures géométries de répartiteurs.
Le travail apporte ainsi à Jacquier-Luisier une meilleure compréhension du comportement hydraulique de son répartiteur spiral et fournit des bases concrètes pour poursuivre son optimisation et proposer des solutions adaptées aux contraintes spécifiques de la mini-hydraulique.
