Un diffuseur est une transition qui élargit la section afin de réduire la vitesse et de gagner de la pression statique. On le trouve en sortie de ventilateurs et de compresseurs, dans les souffleries, dans les gaines de ventilation et dans les tubes d'aspiration.
Il paraît simple ; parce qu'il travaille sous un gradient de pression adverse, c'est l'une des géométries les plus difficiles pour la CFD.
Il existe un angle optimal
Si l'angle est faible : il n'y a pas de décollement, mais le diffuseur devient long, les pertes par frottement s'accumulent et il occupe de la place.
Si l'angle est grand : la couche limite ne résiste pas au gradient de pression adverse et décolle. L'écoulement décollé obstrue une partie de la section, le rapport d'expansion effectif baisse et la récupération de pression diminue.
Entre les deux se situe un optimum, dans une bande étroite. La conception d'un diffuseur est donc un compromis, non une maximisation.
La condition d'entrée compte autant que l'angle
Le même diffuseur se comporte tout autrement selon le profil de vitesse en entrée. Un écoulement déformé et en rotation sortant directement d'un coude ou d'un ventilateur déclenche le décollement bien plus tôt. Voir la note sur l'écoulement secondaire.
Les rendements de diffuseur donnés au catalogue sont mesurés avec une entrée uniforme ; la valeur atteinte dans une installation réelle est presque toujours inférieure.
Un avertissement de modélisation
Le modèle de turbulence décide de l'endroit du décollement, et le diffuseur en est l'exemple le plus sensible : un modèle ne voit aucun décollement, un autre le fait débuter tôt. Les résultats peuvent différer d'un facteur sur la récupération de pression. Voir la note sur le décollement.
L'écoulement décollé dans un diffuseur est de plus instable : le décollement peut basculer d'une paroi à l'autre. Une solution stationnaire soit ne converge pas, soit produit une fausse symétrie. Voir la note sur la symétrie.
Les méthodes de contrôle
Aubes directrices, générateurs de tourbillons ou aspiration peuvent retarder le décollement. Tous donnent des gains mesurables mais sont sensibles au détail géométrique — et c'est exactement là que le calcul apporte de la valeur.
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
- Langtry, R. B. & Menter, F. R. (2009). Correlation-based transition modeling for unstructured parallelized computational fluid dynamics codes. AIAA Journal, 47(12), 2894–2906. DOI: 10.2514/1.42362