Numerical simulation of rotating stall in a subsonic compressor

Rotating stall is generally the first instability met in multi-stages compressors, before surge. This 3D phenomenon is characterized by one or more cells of stalled flow which rotate at a fraction of the rotor speed ω. The present paper deals with the simulation and the analysis of the rotating stall in a stage of a subsonic compressor.The configuration used for the study is an axial single-stage low speed compressor. A numerical simulation is carried out with a quasi three dimensional in-house code which solves the Navier–Stokes equations on a stream surface. The simulation shows a rotating stall with two cells which rotate at 48% of the rotor speed. Particular emphasis is laid on the pre stall phenomena analysis. The spatial mode which is responsible for the rotating stall cells number is identified many revolutions before the stall inception thanks to a Fourier analysis. However, further investigations are needed in order to identify the destabilizing mode origin.

RésuméLe décollement tournant est en général la première instabilité rencontrée dans les compresseurs multi étagés, avant le pompage. Ce phénomène tridimensionnel est caractérisé par la présence d'une ou plusieurs poches de fluide décollé tournant à une fraction de la vitesse du rotor. Cet article traite de la simulation numérique et de l'analyse du décrochage tournant dans un étage de compresseur subsonique.La configuration retenue pour cette étude est un compresseur axial subsonique mono-étage. La simulation est réalisée grâce à un code 2,5D qui permet de résoudre les équations de Navier–Stokes moyennées sur une surface de courant. Le calcul met en évidence un décollement tournant à deux cellules se déplaçant à 48 % de la vitesse du rotor. Une attention particulière est apportée à l'étude des signes précurseurs au décollement. Ainsi, une analyse de Fourier a permis de mettre en évidence le mode spatial lié au nombre de cellules, plusieurs révolutions avant l'apparition du décollement. Cependant, d'autres investigations seront nécessaires afin d'établir l'origine exacte du mode instable.