Turbines hydrauliques - Méthodes et outils

Turbines hydrauliques - Méthodes et outils

• © Michel Sabourin 2018-2025 |

• Conceptions géométriques

  • Dimensionnement hydraulique

    • Démarrage rapide

      • © Michel Sabourin 2024 |
      • • Dimensionnement d'une roue de turbine
        • © Michel Sabourin 2024 |
      • • 1/2 Hydraulique et le coût d'une installation hydroélectrique – Le diamètre de sortie de la roue
        • © Michel Sabourin 2024 |
      • • 2/2 Hydraulique et le coût d'une installation hydroélectrique – Rotation et amont de la roue
        • © Michel Sabourin 2024 |

    • Le diamètre de sortie de la roue

      • • Coupe d'un groupe turbine-alternateur (Churchill Falls)
        • ©GE dessiné à la main par M. Blanchet il y a plus de 40 ans. |

      • La cavitation au point critique

        • © Michel Sabourin 2023 |

        • La cavitation et Bernoulli

          • © Michel Sabourin 2018-2024 |
          • • Vue en élévation d'une installation hydroélectrique
            • © Michel Sabourin 2025 |

          • Énergie locale et aux bornes

            • © Michel Sabourin 2020-2025 |

            • Équation de l'énergie totale selon Bernoulli

              • © Michel Sabourin 2020 |

            • Relation d'Euler

              • © Michel Sabourin 2020 |

            • Vitesse moyenne

              • © Michel Sabourin 2020 |

            • Énergie brute

              • © Michel Sabourin 2020 |

            • Chute

              • © Michel Sabourin 2020 |
            • • Vue en élévation d'une installation hydroélectrique
              • © Michel Sabourin 2025 |
            • • Sections de mesure haute et basse pression pour l'énergie nette selon CEI60193
              • CEI60193 |
            • • Définition de l'énergie nette selon CEI60193
              • ©CEI60193 |
        • • Déclenchement de la cavitation à la hauteur de sustentation critique
          • © Michel Sabourin 2022 |

      • Formulation avec les nombres de similitude et détermination d'un facteur de sécurité

        • © Michel Sabourin 2023 |

        • Le nombre de cavitation: définition et effet macroscopique sur le comportement de la turbine

          • © Michel Sabourin 2018-2024 |
          • • Une diminution de hs (ou augmentation de l'enfoncement) réduit la cavitaton mais augmente les coûts du civil.
            • adapté de Franc J.P., et al., La cavitation – Mécanismes physiques et aspects industriels, Presses universitaires de Grenoble,1995. p. 344. |
          • • Définition des sigmas
            • ©CEI60193 |
          • • Une dérive de sigma
            • ©Michel Sabourin |
          • • Cavitation de sortie extrados observée sur modèle réduit
            • ©GE |
        • • Représentation analytique du rendement en fonction du nombre de cavitation
          • © Michel Sabourin 2023 |

        • Le système de l'EPFL \(\varphi -\psi\)

          • © Michel Sabourin 2020-2024 |

        • Observation de la cavitation dans le laboratoire hydraulique virtuel

          • © Michel Sabourin 2021 |
          Laboratoire virtuel ©Michel Sabourin 2021 |
        • • Cliquer sur le point bleu pour observer les bulles de cavitation près de la numérotation des aubes
          • ©Michel Sabourin 2023 |

      • Détermination du diamètre - Étude de cas

        • © Michel Sabourin 2023-2024 |

        • Puissance et rendement

          • © Michel Sabourin 2020-2022 |
          • • Vue en élévation d'une installation hydroélectrique
            • © Michel Sabourin 2025 |
        • • Étude de l'effet de la cavitation sur le dimensionnement d'une roue
          • © Michel Sabourin 2023-2024 |

    • Le choix de la vitesse de rotation

      • Détermination de la vitesse spécifique et de la vitesse angulaire

        • © Michel Sabourin 2024 |
        • • Vue dans le plan méridien de la roue et du distributeur
          • © Michel Sabourin 2024 |

        • Les transformations du domaine 3D vers les plans virtuels 2D

          • © Michel Sabourin 2021-2022 |
          • • Intrados, extrados et surface médiale : l'âme du profil.
            • © Michel Sabourin 2020 |

          • La relation d'Euler

            • © Michel Sabourin 2020-2024 |
            • • Leonhard Euler a présenté les équations qui décrivent le fonctionnement des machines hydrauliques à réaction.
              • © Michel Sabourin 2017 |

            • Les deuxième et troisième lois de Newton

              • © Michel Sabourin 2019-2024 |
              • • Écoulement dans un coude et réaction
                • © Michel Sabourin 2017 |
              • • Moulinet
                • © Michel Sabourin 2017 |
              • • Fonctionnement d'un moulinet par le professeur Pavel Rudolf, Brno, Tchéquie
                • https://www.linkedin.com/posts/science-on_scienceon-vut-science-activity-7259617909386145792-AVCq/?utm_medium=ios_app&utm_source=social_share_video_v2&utm_campaign=gmail |
              • • Vitesses à la sortie du moulinet
                • © Michel Sabourin 2019 |
            • • Une turbine élémentaire
              • © Michel Sabourin 2021 |
            • • Intrados, extrados et surface médiale : l'âme du profil.
              • © Michel Sabourin 2020 |
            • • Bijection entre le tracé 3D et les définitions 2D des plans méridien et de la cascade
              • © Michel Sabourin 2021 |
            • • Transformation conforme vers le plan m-n conforme en longueur
              • © Michel Sabourin 2021 |
            • • Vue dans le plan méridien de la roue et du distributeur
              • © Michel Sabourin 2024 |
            • • Filet représentatif de la roue dans le plan de cascade au rendement optimal
              • © Michel Sabourin 2024 |
            • • Le triangle des vitesses à la sortie de la roue
              • © Michel Sabourin 2024 |
            • • Les triangles des vitesses à l'entrée de la roue
              • © Michel Sabourin 2024 |
            • • © Michel Sabourin 2024
            • • © Michel Sabourin 2024
            • • © Michel Sabourin 2024
            • • © Michel Sabourin 2024
          • • Transformation conforme vers le plan m-n conforme en longueur
            • © Michel Sabourin 2021 |
          • • Ligne de courant dans le plan méridien
            • © Michel Sabourin 2021 |
          • • Transformation conforme vers le plan m-n conforme en longueur
            • © Michel Sabourin 2021 |
          • • Construction des lois de demie épaisseur sur la surface de révolution
            • © Michel Sabourin 2021 |
          • • Bijection entre le tracé 3D et les définitions 2D des plans méridien et de la cascade
            • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Filet représentatif de la roue dans le plan de cascade au rendement optimal
          • © Michel Sabourin 2024 |
        • • Relation sigma critique et vitesse spécifique
          • © Michel Sabourin 2024 |
        • • Relations vitesse spécifique et cavitation
          • © Michel Sabourin 2024 |

    • La configuration des passages à l'entrée de la roue

      • • Vue dans le plan méridien de la roue et du distributeur
        • © Michel Sabourin 2024 |
      • • Filet représentatif de la roue dans le plan de cascade au rendement optimal
        • © Michel Sabourin 2024 |
      • • Le triangle des vitesses à la sortie de la roue
        • © Michel Sabourin 2024 |
      • • Les triangles des vitesses à l'entrée de la roue
        • © Michel Sabourin 2024 |

      • Optimisation des dimensions à l'amont de la roue

        • © Michel Sabourin 2024 |
        • • Les triangles des vitesses à l'entrée de la roue
          • © Michel Sabourin 2024 |

      • Détermination de l'amont de la roue - Étude de cas

        • • Le triangle des vitesses à la sortie de la roue
          • © Michel Sabourin 2024 |
        • • Les triangles des vitesses à l'entrée de la roue
          • © Michel Sabourin 2024 |
    • • Premier tracé d'une roue répondant aux conditions de l'exemple traité.
      • © Michel Sabourin 2024 |

  • Génération de profil 2D

    • © Michel Sabourin 2018-2022 |

    • Démarrage rapide

      • © Michel Sabourin 2018-2022 |

    • Générer des profils hydrauliques en deux dimensions - Théorie

      • © Michel Sabourin 2018 |
      • • Les propriétés d'un profil hydraulique
        • © Michel Sabourin 2018 |

      • Générer des profils hydrauliques en deux dimensions - Méthodes

        • © Michel Sabourin 2018 |

        • Génération d'un profil 2D avec FreeCAD

          • • Demie loi d'épaisseur avec points de contrôle
            • © Michel Sabourin 2020 |

        • Génération d'un profil 2D avec Scilab

          • • L'interface graphique de Profil2D
            • © Michel Sabourin 2018 |

      • Différentes possibilités de la courbe en oignon

        • • © Michel Sabourin 2018 |
        • • © Michel Sabourin 2018 |
        • • © Michel Sabourin 2018 |
        • • © Michel Sabourin 2018 |
        • • © Michel Sabourin 2018 |

      • Le modèle polynomial montre beaucoup de flexibilité

        • • © Michel Sabourin 2018 |
        • • © Michel Sabourin 2018 |
        • • © Michel Sabourin 2018 |
        • • © Michel Sabourin 2018 |
        • • © Michel Sabourin 2018 |
      • • À cause de la courbure au bord d'attaque la définition régulière en x n'est pas satisfaisante
        • © Michel Sabourin 2018 |
      • • La distribution régulière en abscisse curviligne améliore la définition du profil
        • © Michel Sabourin 2018 |
      • • Distribution géométrique par une facteur de concentration
        • © Michel Saoburin 2018 |
      • • Enroulement du profil sur le rayon de courbure Rc
        • © Michel Sabourin 2018 |

      • Étude du squelette d'un profil en 2D

        • • Profils avec épaisseurs différenciées en intrados et extrados et la corde
          • © Michel Sabourin 2018 |

        • Le squelette permet de visualiser la déviation potentielle du fluide par le profil

          • • Avec une loi d'épaisseur différenciée, le squelette s'incurve même si la corde reste parfaitement horizontale.
            • © Michel Sabourin 2018 |
          • • Avec loi d'épaisseur différenciée et les profil inscrits sur un arc de cercle, on peut obtenir un squelette en "S".
            • © Michel Sabourin 2018 |

  • Réalisation du profil hydraulique des aubes 3D de turbomachine

    • • Le logiciel FreeCAD et l'atelier Beltrami
      • © Michel Sabourin 2021 |

    • Démarrage rapide

      • © Michel Sabourin 2021-2025 |

    • Analyse théorique

      • © Michel Sabourin 2021-2022 |

      • Les transformations inverses des deux domaines 2D vers le domaine 3D

        • © Michel Sabourin 2021-2022 |
        • • Ligne de courant dans le plan méridien
          • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Paramétrisation du filet pour le plan de cascade
          • © Michel Sabourin 2020 |
        • • Transformation conforme vers le plan m-n conforme en longueur
          • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Demie loi d'épaisseur avec points de contrôle
          • © Michel Sabourin 2020 |
        • • Réassignation de la longueur de corde pour obtenir une épaisseur non nulle au bord de fuite
          • © Michel Sabourin 2020 |
        • • Construction du profil dans le plan des longueurs m-n
          • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Construction de l'intrados et de l'extrados dans le plan de cascade u-v
          • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Construction des lois de demie épaisseur sur la surface de révolution
          • © Michel Sabourin 2021 |

    • Formulation numérique

      • © Michel Sabourin 2021-2022 |

      • Formulation numérique de la transformation de 3D aux deux plans conformes 2D

        • © Michel Sabourin 2021-2022 |
        • • Numérisation d'une courbe méridienne avec 9 points équidistants
          • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Construction des plans de cascade et méridien
          • © Michel Sabourin 2021 |

      • Formulation numérique inverse des deux plans conformes 2D vers la représentation dans le domaine 3D

        • © Michel Sabourin 2021-2022 |
        • • Exemple de représentation paramétrique du contour d'un aubage dans le plan méridien
          • ©Michel Sabourin 2021 |
        • • Numérisation d'une courbe méridienne avec 9 points équidistants
          • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Paramétrisation d'un filet de la cascade angulaire dans FreeCAD
          • ©Michel Sabourin 2020 |
        • • Bijection entre le tracé 3D et les définitions 2D des plans méridien et de la cascade
          • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Demie loi d'épaisseur avec points de contrôle
          • © Michel Sabourin 2020 |
        • • Réassignation de la longueur de corde pour obtenir une épaisseur non nulle au bord de fuite
          • © Michel Sabourin 2020 |
        • • Construction du profil dans le plan des longueurs m-n
          • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Construction de l'intrados et de l'extrados dans le plan de cascade u-v
          • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Construction des lois de demie épaisseur sur la surface de révolution
          • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Intrados, extrados et surface médiale : l'âme du profil.
          • © Michel Sabourin 2020 |

    • Manuel d'utilisation

      • © Michel Sabourin 2021-2022 |

  • Contribution au calcul de la poussée axiale

    • Configuration des parties supérieures et influence sur la poussée axiale

      • © Michel Sabourin 2018-2022 |
      • • Coupe machine avec écoulements secondaires dans les parties supérieures
        • © Michel Sabourin 2017 |

      • Champ de pression généré par un tourbillon forcé

        • © Michel Sabourin 2018-2024 |
        • • Similitude graphique des déplacements et vitesses
          • © Michel Sabourin 2021 |

        • Force axiale sur un disque par un tourbillon forcé

          • © Michel Sabourin 2020 |

      • Champ de pression généré par un tourbillon libre

        • © Michel Sabourin 2018-2024 |
        • • Similitude graphique des déplacements et vitesses
          • © Michel Sabourin 2021 |
        • • Tourbillon libre entre deux disques avec vitesse imposée au diamètre intéreur
          • © Michel Sabourin 2022 |
        • • Tourbillon libre entre deux disques avec vitesse imposée au diamètre intéreur
          • © Michel Sabourin 2022 |
        • • Avec une même pression au diamètre intérieur, comparaison de la pression selon le type de tourbillon
          • © Michel Sabourin 2022-2023 |
      • • Calcul par volume de contrôle ou CFD
        • Papillon B., St-Hilaire A., Lindstrom M., Sabourin M., Analysis of Francis turbines head cover pressure and flow behavior inside runner cone, HydroVision 2004, Montréal, Québec, Canada |
      • • Configuration 1. Aucune fuite permise.
        • © Michel Sabourin 2018 |
      • • Configuration 2 : captation de la fuite avec un conduit menant à l'aval
        • © Michel Sabourin 2018 |
      • • Configuration 3 : retour de la fuite par les trous d'équilibrage dans le plafond de la roue
        • © Michel Sabourin 2018 |
      • • Cône à aillette
        • Papillon B., St-Hilaire A., Lindstrom M., Sabourin M., "Analysis of Francis turbines head cover pressure an flow behavior inside runner cone", HydroVision 2004, Montréal. |
      • • Exemple de calcul de la poussée axiale pour différentes configurations
        • © Michel Sabourin |

• Outils de simulation numérique

  • Méthodes d'interpolation sur une colline

    • Méthodes d'interpolation sur une colline

      • © Michel Sabourin 2019 |

      • Une vision statique du fonctionnement : la lecture de la colline

        • © Michel Sabourin 2018-2025 |
        • • Les 4 quadrants du fonctionnement d'une turbine
          • © Michel Sabourin 2018 adapté de CEI60193 page 460 |
        • • CEI 60193 page 464. |
        • • Une prise de charge en turbine
          • ©Michel Sabourin |
        • • L'effet perturbateur de la cavitation peut affecter : le rendement, le débit, la puissance et la vitesse d'emballement
          • ©Michel Sabourin |
        • • Colline de rendement
          • © Michel Sabourin 2018 |
        • • Prise de charge
          • © Michel Sabourin 2018 |

        • La prise de charge sur la colline de rendement

          • • © Michel Sabourin 2018 |
          • • © Michel Sabourin 2018 |
          • • © Michel Sabourin 2018 |
          • • © Michel Sabourin 2018 |
          • • © Michel Sabourin 2018 |
          • • © Michel Sabourin 2018 |
      • • Colline de rendement typique
        • ©Michel Sabourin 2017-2023 |
      • • Relations entre les systèmes de similitude selon CEI60193
        • ©CEI60193 |
      • • Relations entre les systèmes de similitude selon CEI60193
        • ©CEI60193 |
      • • Relations entre les systèmes de similitude selon CEI60193
        • ©CEI60193 |
      • • La position des directrices se caractérise par un des deux chiffes suivants : l'angle ou l'ouverture
        • CEI60193 :1999 page 22 figure 2. |
      • • Colline exemple utilisant la similitude n11- Q11 et normalisée
        • © Michel Sabourin 2018 |
      • • Points originaux distribués dans le domaine d'interpolation
        • © Michel Sabourin 2018 |
      • • Points normalisés distribués dans le domaine d'interpolation
        • © Michel Sabourin |
      • • Colline en n11-Q11 normalisée
        • © Michel Sabourin |
      • • Colline avec iso-rendements - Vue isométrique
        • © Michel Sabourin 2018 |
      • • Colline classique avec iso-rendements et iso-ouvertures
        • © Michel Sabourin |
      • • Interface et fenêtre graphique du script de traçage des collines
        • © Michel Sabourin 2019 |

  • Calcul d'un transitoire de turbine avec un tableur

    • Démarrage rapide

      • © Michel Sabourin 2019 |

    • Calcul simplifié d'un transitoire de turbine avec un tableur

      • © Michel Sabourin 2019 |
      • • Données de base du calcul
        • © Michel Sabourin 2019 |

      • Le traitement des pertes par le CEI60193

        • © Michel Sabourin 2018-2024 |
        • • Bilan schématique détaillé des énergies hydrauliques massiques, des débits et des puissances
          • ©CEI60193 |
        • • Proportion des pertes de friction (transposables) et singulières (non-transposables)
          • ©CEI60193 |
        • • Les valeurs de Vref selon le CEI
          • ©CEI60193 |
        • • Les définitions du CEI pour le calcul de la majoration
          • CEI60193 |
        • • La variation du rendement avec le Reynolds
          • ©CEI60193 |