Le présent mémoire a comme objectif principal de procéder à la simulation d'un aspirateur de turbine existant en utilisant le DES, soit une nouvelle approche de modélisation de la turbulence. Il est postulé que la meilleure représentation de l'écoulement instationnaire qui existe dans cette partie de la machine pourrait faire la lumière sur la discordance entre la courbe de rendement applatie mesurée en centrale et la courbe prédite par les simulations RANS. Afin de procéder à ces simulations avancées, l'approche DES est d'abord testée avec un cas d'écoulement tourbillonnant dans un diffuseur conique pour lequel des données expérimentales sont disponibles. Par la suite, le cas de l'aspirateur réel est traité et plusieurs comparaisons entre les approches RANS, URANS et DES sont dégagées.

Les résultats démontrent l'importance d'établir une méthodologie rigoureuse pour appliquer l'approche DES à un écoulement tourbillonnant dans un diffuseur. Principalement, le phénomène néfaste propre au DES de la séparation induite par le maillage (GIS) se manifeste très facilement pour ce type d'écoulement. Il est montré que les modèles qui protègent la couche limite, nommément les modèles DDES SA et DDES SST, sont beaucoup plus polyvalents et mieux adaptés à ces écoulements. Aussi, l'analyse des conditions d'entrée a montré, tant pour le diffuseur que pour l'aspirateur, que le niveau de viscosité tourbillonnaire qui y est prescrit doit être significativement plus faible que celui imposé en RANS.

Les résultats finaux montrent une claire supériorité de l'approche DDES sur l'approche URANS pour prédire les instationnarités présentes pour les cas étudiés. Plus particulièrement pour l'aspirateur, le DDES permet de faire une analyse du tourbillon de sortie de roue et de ses caractéristiques associées à la charge. Par rapport à la prédiction de la performance, l'utilisation du DDES ne modifie pas la forme de la courbe de rendement. Il semble que la prédiction de la performance de l'aspirateur soit majoritairement gouvernée par la modélisation RANS en proche paroi et que le plateau dans la courbe de rendement mesurée ne soit pas entièrement attribuable à un phénomène instationnaire prenant place au centre de l'aspirateur.

The main goal of this master thesis is to simulate the flow of a hydroturbine draft tube using DES, a new turbulence modeling approach. It is postulated that the more accurate representation of the flow provided by this approach could shed light on the mismatch between the flat measured efficiency curve and the RANS predicted curve. In order to achieve these advanced simulations, a benchmark test case with available experimental data is used to try the DES approach for a swirling flow entering a diffuser. Then, the draft tube case is addressed and many comparisons between the RANS, URANS and DES approaches are performed.

The results show the importance of applying a rigorous numerical method in order to simulate the swirling flow in a diffuser using DES. Primarily, the detrimental grid-induced separation (GIS) phenomenon, associated with DES, is shown to occur very easily for such flows. It is shown that the models including boundary layer protection such as DDES SA and DDES SST are much more polyvalent and well adapted to these cases. Also, the analysis of the inlet conditions, for both the diffuser case and the draft tube case, points out that the level of eddy viscosity at the inlet must be significantly lower than the RANS level.

The final results show that the DDES approach is clearly superior to the URANS approach in predicting the unsteadiness of the studied flows. Particularly for the draft tube, the DDES enables the analysis of the swirling vortex core at the runner exit and of its features associated with the machine load. As for the performance predictions, the use of DDES does not modify the shape of the efficiency curve. It seems that the performance prediction is mainly governed by the RANS modeling in the near wall region and that the flat segment of the measured curve is not solely imputable to an unsteady phenomenon taking place in the core of the draft tube.