La courbe pression-débit d'un compresseur monte de droite à gauche et atteint un sommet. À gauche de ce sommet, il n'y a pas une zone de fonctionnement mais une zone d'instabilité.
Deux phénomènes distincts
Décrochage tournant. Une partie des canaux inter-aubes décolle, et cette région décollée se déplace autour du rotor à une vitesse différente de celle du rotor. Le débit moyen peut rester constant, mais les aubes sont chargées et déchargées tour à tour — dangereux pour la fatigue et coûteux pour le rendement.
Pompage. Une instabilité du système entier : l'écoulement s'inverse brutalement, le volume aval se vide, la pression tombe, et l'écoulement repart vers l'avant. C'est un cycle de basse fréquence et de grande amplitude. Il est audible, les charges sur le palier axial s'envolent, et le dommage suit rapidement.
La distinction compte : le décrochage tournant est local au compresseur, tandis que le pompage concerne tout le système et dépend du volume aval. Le même compresseur présente un comportement de pompage différent selon les volumes de tuyauterie.
Conséquences pour la modélisation
Le pompage ne peut pas s'étudier avec le seul modèle du compresseur. Le volume et la résistance de l'installation font partie du modèle ; l'analyse d'un canal inter-aubes isolé ne peut pas donner la limite de pompage.
À l'extrémité gauche de la courbe, une solution stationnaire ne converge pas, et c'est généralement un signal de la physique. Voir la note sur la convergence.
Un modèle périodique à canal unique est insuffisant. Le décrochage tournant brise par définition la symétrie circonférentielle ; un modèle à canal unique l'interdit. Voir la note sur la symétrie et la note sur les machines tournantes.
La compressibilité est nécessaire. Si le taux de compression est significatif, la variation de masse volumique ne peut pas être négligée. Voir la note sur l'écoulement compressible.
Le résultat pratique
Ce que l'on attend généralement du calcul n'est pas de reproduire exactement le cycle de pompage mais de donner la marge au pompage : à quelle distance le point de fonctionnement se trouve de la limite d'instabilité. Voir où le décollement commence à charge partielle montre aussi comment élargir cette marge par la géométrie.
Références
- Menter, F. R. (1994). Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 32(8), 1598–1605. DOI: 10.2514/3.12149
- Launder, B. E., Reece, G. J. & Rodi, W. (1975). Progress in the development of a Reynolds-stress turbulence closure. Journal of Fluid Mechanics, 68(3), 537–566.