Etude expérimentale et modélisation 0D de l'impact d'un rouet centrifuge sur le comportement d'un inducteur de l'étage basse pression d'une pompe à carburant d'avion, en présence d'un ratio gaz sur liquide V/L

Abstract

This study aims at experimentally investigating the hydrodynamic behaviour of a centrifugal pump, both with and without cavitation. The pump consists of an axial inducer, a centrifugal impeller, and a volute. Three assembly configurations are examined: the inducer alone, the impeller alone, and the combined inducer and impeller. Particular attention is given to cavitating conditions -- low suction pressure -- at four partial flow rates (4% Φref, 16% Φref, 39% Φref, 78% Φref), where Φref is defined as the flow coefficient at which the full-stage pump achieves optimal performance. The hydromechanical performance is analysed and compared across these configurations, with cavitation formation captured using high-speed digital imaging. A spectral analysis of pressure signals is also conducted in operational regimes where instabilities were observed. The results indicate that the inducer mitigates the impact of cavitation on hydromechanical performance as the flow rate approaches the design point Φref. However, at partial flow rates, the inducer negatively impacts pump performance by increasing the critical cavitation number threshold beyond which a head drop occurs. Cavitation-induced instabilities were observed in partial flow regimes and under low suction pressure conditions in configurations involving the inducer. These instabilities, characterized by a very low-frequency signature, result in significant pressure and flow fluctuations, leading to vibrations within the system. Furthermore, these instabilities exhibit a clear dependency on flow rate and rotational speed.Cette étude expérimentale vise à mettre en évidence les interactions entre un rouet centrifuge et un inducteur axial, deux composants essentiels des pompes centrifuges employées dans le domaine aéronautique. Une attention particulière est portée aux régimes de débit partiel par rapport au débit nominal de dimensionnement de la pompe (4% Φref, 16% Φref, 39% Φref, 78% Φref), avec Φref défini comme le débit auquel la pompe démontre les meilleures performances. L’étude est également menée dans des conditions de basse pression dans lesquelles les phénomènes de cavitation sont pleinement développés. Par ailleurs, l'injection de CO2 et sa dissolution dans l'eau de ville permettent d’examiner l’impact des gaz dissous dans le fluide sur les performances hydrauliques de la pompe. Plusieurs configurations sont considérées : le rouet centrifuge seul, l'inducteur seul, et l'association inducteur-rouet, afin de distinguer d'une part la contribution de chaque composant et, d'autre part, leur potentielle interaction. Pour chacune de ces configurations, les performances globales de la pompe sont évaluées en régime non cavitant et cavitant. La dynamique de la cavitation est caractérisée à l’aide d’une caméra rapide, permettant d’obtenir des visualisations instantanées de la morphologie de l’écoulement ainsi que des enregistrements vidéo destinés à l’analyse des instabilités dynamiques. Enfin, une analyse fréquentielle des signaux de pression est conduite afin d’approfondir la compréhension des mécanismes d’instabilités associés aux phénomènes de cavitation