Analyse des écoulements cavitants stationnaires et instationnaires dans les turbomachines PDF Download
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Author: Rafael Campos Amezcua
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 236
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Book Description
Dans les turbomachines et plus particulièrement dans les inducteurs, la cavitation reste un sujet de préoccupation majeure. L'évolution rapide de l'industrie des turbomachines combinée aux récents progrès réalisés en CFD, permettent une investigation, une analyse et un diagnostic numériques de ces machines par une meilleure connaissance des caractéristiques des écoulements dont elles sont le siège. La cavitation est un phénomène physique qui apparaît fréquemment dans les machines hydrauliques soumises aux conditions d’aspiration spécifiques. Elle entraîne plusieurs effets non souhaitables dans les systèmes industriels où elle a lieu. On peut mentionner le bruit généré, l'érosion, la perte de performances de la machine et les vibrations. Dans ces travaux, diverses études numériques et expérimentales, permettant l’analyse de l’écoulement cavitant stationnaire et instationnaire dans les inducteurs axiaux ont été réalisées. L’identification des instabilités de type cavitation alternée et cavitation tournante a été poursuivie.
Author: Rafael Campos Amezcua
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Languages : fr
Pages : 236
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Book Description
Dans les turbomachines et plus particulièrement dans les inducteurs, la cavitation reste un sujet de préoccupation majeure. L'évolution rapide de l'industrie des turbomachines combinée aux récents progrès réalisés en CFD, permettent une investigation, une analyse et un diagnostic numériques de ces machines par une meilleure connaissance des caractéristiques des écoulements dont elles sont le siège. La cavitation est un phénomène physique qui apparaît fréquemment dans les machines hydrauliques soumises aux conditions d’aspiration spécifiques. Elle entraîne plusieurs effets non souhaitables dans les systèmes industriels où elle a lieu. On peut mentionner le bruit généré, l'érosion, la perte de performances de la machine et les vibrations. Dans ces travaux, diverses études numériques et expérimentales, permettant l’analyse de l’écoulement cavitant stationnaire et instationnaire dans les inducteurs axiaux ont été réalisées. L’identification des instabilités de type cavitation alternée et cavitation tournante a été poursuivie.
Author: Benoît Pouffary
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Category :
Languages : fr
Pages : 241
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Book Description
Les travaux présentés concernent la simulation numérique d'écoulements cavitants à l'aide d'une loi barotrope pour modéliser le phénomène de cavitation. Ce modèle a été intégré dans le code commercial Fine/Turbo développé et commercialisé par la société Numeca Int. Du point de vue numérique, l'essentiel du travail a porté sur l'amélioration de la stabilité numérique et sur la fiabilisation de l'algorithme ; ces recherches ont débouché notamment sur la modification du calcul des paramètres de préconditionnement. La faisabilité de calculs cavitants instationnaires a été démontrée pour deux configurations bidimensionnelles : un canal venturi et un hydrofoil. Dans les deux cas, le lâcher de structures de vapeur à l'aval des poches a été simulé et l'écoulement dans ces conditions a été étudié. Une étude de l'influence des principaux paramètres numériques a été menée dans le cas du venturi. L'autre aspect du travail concerne les calculs en turbomachines. Une méthodologie permettant de reproduire numériquement la chute de performance en cavitation a été proposée et mise en oeuvre sur deux géométries d'inducteur, deux géométries de rouet et une grille d'aubes. Ces calculs ont permis de caractériser les mécanismes conduisant à la chute de performance et à observer les modifications induites par la cavitation sur les écoulements internes. Enfin, la faisabilité de la simulation d'instabilités de cavitation a été démontrée à partir des calculs dans une grille d'aubes. Les régimes sub synchrone et super synchrone ont été reproduits et un mécanisme de propagation de ces instabilités a été proposé.
Author: Imène Mejri-Chtioui
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Languages : fr
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Book Description
Dans les turbomachines et plus particulièrement dans les inducteurs, la cavitation reste un sujet de préoccupation majeure. L'évolution rapide de l'industrie dans les turbomachines combinée aux récents progrès réalisés en CFD, permettent une investigation, une analyse et un diagnostic numériques de ces machines par une meilleure connaissance des caractéristiques des écoulements dont elles sont le siège. Dans le cadre de ce travail, nous avons étudié une gamme d'inducteurs qui se différentient par certains critères géométriques en écoulements cavitants et subcavitants. Les interactions entre les divers critères géométriques étudiés, jouent sans le moindre doute un rôle important et nécessitent la prise en compte d'un couplage entre ces paramètres dans les diverses conditions de fonctionnement prévisibles (débit, NPSH, etc.). L' =un des objectifs est d'aboutir, à terme, à une amélioration du processus de conception des inducteurs. La mise en oeuvre de calculs tridimensionnels cavitants, a permis d'analyser les caractéristiques de l'écoulement dans les différentes configurations d'inducteurs pour des régimes de fonctionnement stables et instables, et de détecter les paramètres les plus importants affectant leur bon fonctionnement. Une méthodologie de modélisation des caractéristiques a pu ainsi être mise en oeuvre et appliquée sur différentes géométries avec succès. Un autre objectif poursuivi est de mieux cerner à la fois expérimentalement et numériquement le phénomène de cavitation particulièrement dans ce type de machines en écoulement stationnaire et instationnaire. Ceci a permis d'établir des méthodes précises pour la prédiction de son apparition et du développement de ses différents aspects afin de repousser les limites techniques qu'elle engendre. De manière plus générale, notre collaboration avec ANSYS-Canada et l'Université du New Brunswick au cours de ce travail, a donné lieu à la validation du modèle cavitant du code CFX5.7 sur l'un des inducteurs présentés dans ce rapport.
Author: Gabriel4070 Dan CIOCAN
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Languages : fr
Pages : 234
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LA CONCEPTION DE POMPES ET TURBINES CONTIENT ENCORE UNE IMPORTANTE CARACTERISTIQUE EMPIRIQUE. LA COMPREHENSION DE L'ECOULEMENT 3D COMPLEXE INSTATIONNAIRE QUI SE DEVELOPPE DANS CES MACHINES EST INDISPENSABLE POUR AMELIORER LEUR FONCTIONNEMENT. PARALLELEMENT, LE PROGRES REALISE DANS LES TECHNIQUES NUMERIQUES PERMET AUSSI D'ENVISAGER DES CALCULS D'ECOULEMENT DANS CES CONFIGURATIONS, MAIS IL EST NECESSAIRE D'AVOIR LES DONNEES EXPERIMENTALES POUR CONTROLER LES CONDITIONS LIMITES AINSI QUE POUR LEUR VALIDATION. DIVERSES METHODES EXPERIMENTALES ONT ETE MISE EN UVRE : ANEMOMETRIE LASER DOPPLER, PARTICULE IMAGE VELOCIMETRY ET MESURES DE PRESSION STATIONNAIRES, POUR CONSTITUER UNE BASE DE DONNEES EXPERIMENTALE SUR L'INTERACTION INSTATIONNAIRE ROTOR/STATOR ET L'ECOULEMENT DANS LA BACHE D'UN MODELE D'ESSAIS INDUSTRIEL DE TURBINE-POMPE. UN NOUVEAU MOYEN DE MESURE EN TURBOMACHINES - UNE SONDE VELOCICLINOMETRIQUE INSTATIONNAIRE A ETE CONCU, CALIBRE ET QUALIFIE. L'ANALYSE STATIONNAIRE ET INSTATIONNAIRE DE L'ECOULEMENT 3D COMPLEXE, DANS LA ZONE D'INTERACTION ENTRE ROUE ET DISTRIBUTEUR, DANS LE DISTRIBUTEUR ET DANS LA BACHE DE DEUX MODELES INDUSTRIELS D'ESSAIS DE TURBINE-POMPE A ETE REALISEE. LA PROPAGATION DU SILLAGE INSTATIONNAIRE DE LA ROUE A TRAVERS LES DIRECTRICES, LE SILLAGE POTENTIEL DES DIRECTRICES ET AVANT-DIRECTRICES, LES ECOULEMENTS SECONDAIRES DANS LA VOLUTE SONT ANALYSES. PLUSIEURS REGIMES DE FONCTIONNEMENT CARACTERISTIQUES (INCLUANT LA ZONE DE FESTON) ONT ETE EXPLORES. UNE MODELISATION NUMERIQUE DE L'ECOULEMENT DANS UNE BACHE DE POMPE CENTRIFUGE ET LE DEVELOPPEMENT D'OUTILS D'ANALYSE ENERGETIQUE DANS CETTE CONFIGURATION SONT AUSSI PRESENTES.
Author: LAURENT.. SMATI
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Languages : fr
Pages : 292
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CETTE THESE CONTRIBUE AU DEVELOPPEMENT DE METHODES NUMERIQUES D'ANALYSE D'ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES, ET PLUS PARTICULIEREMENT DES INTERACTIONS FLUIDE/STRUCTURE APPARAISSANT DANS LES TURBOMACHINES. L'OUTIL NUMERIQUE A ETE ELABORE AFIN DE CAPTER LES DIFFERENTES ONDES SE PROPAGEANT DANS UN ECOULEMENT FLUIDE, TOUT EN RESPECTANT UNE BONNE PRECISION TEMPORELLE. LA FERMETURE DE LA TURBULENCE A ETE FAITE VIA UN MODELE A DEUX EQUATIONS DE TRANSPORT K-. L'UTILISATION DE PLUSIEURS SCHEMAS NUMERIQUES SPATIAUX ET TEMPORELS A PERMIS DE METTRE EN EXERGUE LEURS QUALITES ET LEURS FAIBLESSES DANS DES CAS STATIONNAIRES ET INSTATIONNAIRES. LA CRITIQUE DES METHODES NUMERIQUES EST INDISPENSABLE A LA REALISATION D'UNE ANALYSE PHYSIQUE PERTINENTE. DES ETUDES D'ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES ONT ETE REALISEES POUR MIEUX COMPRENDRE L'ORIGINE DE LA RUPTURE DES AUBES LORS DE COUPLAGE FLUIDE/STRUCTURE DANS UNE TURBOMACHINE, ET PLUS SPECIALEMENT LORS DU FLOTTEMENT TRANSSONIQUE. LA METHODE A ETE APPLIQUEE A L'ANALYSE DE DEUX CONFIGURATIONS REELLES DE FLOTTEMENT. MAIS, EN RAISON DE LA COMPLEXITE DE CES ECOULEMENTS, IL EST DIFFICILE DE TROUVER L'ORIGINE DU FLOTTEMENT. UNE ETUDE PLUS FONDAMENTALE A ETE REALISEE SUR UNE CONFIGURATION SIMPLE, UNE TUYERE TRANSSONIQUE. ELLE A MIS EN EVIDENCE DIFFERENTS PHENOMENES. D'UNE PART, LES ONDES REGRESSIVES SONT AMPLIFIEES LORSQUE LE NOMBRE DE MACH LOCAL TEND VERS L'UNITE. CE PHENOMENE EST APPELE BLOCAGE ACOUSTIQUE. CETTE ACCUMULATION D'ENERGIE EST THEORIQUEMENT INFINIE. DANS LES SIMULATIONS NUMERIQUES NON-VISQUEUSES ET VISQUEUSES EFFECTUEES, ELLE EST FINIE CAR LIMITEE PAR LA DIFFUSION NUMERIQUE ET PHYSIQUE. D'AUTRE PART, L'INTERACTION ONDE DE CHOC/COUCHE LIMITE JOUE UN ROLE ESSENTIEL LORSQUE L'ONDE DE CHOC EST INTENSE. CETTE INTERACTION PRODUIT DES HARMONIQUES EN TEMPS D'ORDRE SUPERIEUR ET UN DEPHASAGE DU MOUVEMENT DE LA COUCHE LIMITE. OR, C'EST LE DEPHASAGE ENTRE L'EXCITATION ET LA REPONSE A CETTE EXCITATION QUI EST A L'ORIGINE DE L'APPARITION DU FLOTTEMENT.
Author: PAUL-FREDERIC.. BERT
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Languages : fr
Pages : 263
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LES ECOULEMENTS EN TURBOMACHIENS SONT INTRINSEQUEMENT INSTATIONNAIRES. PARMI LES DIFFERENTES SOURCES D'INSTATIONNARITE, IL APPARAIT QUE LES EFFETS DE L'INTERACTION D'AUBAGE SONT DOMINANTS. D'UNE PART, ILS SONT PRESENTS A TOUS LES REGIMES DE FONCTIONNEMENT DE LA MACHINE ET D'AUTRE PART, LA FREQUENCE REDUITE QUI LEUR EST ASSOCIEE EST GENERALEMENT IMPORTANTE. OUTRE LA DESCRIPTION DES PHENOMENES PHYSIQUES NON-CONSTANTS DANS LE TEMPS, IL DEVIENT INDISPENSABLE DE FOURNIR A L'INGENIEUR UN OUTIL DE SIMULATION DETAILLEE DES ECOULEMENTS DANS L'ENSEMBLE DE LA TURBOMACHINE. L'OBJECTIF DE L'ETUDE EST DE DEVELOPPER CET OUTIL A PARTIR D'UN CODE DE CALCUL QUI RESOUT LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES EN MOYENNE DE REYNOLDS. UNE METHODE DE DECOMPOSITION DE DOMAINES A ETE ETENDUE A LA DISCRETISATION ELEMENTS FINIS NON-CONFORME. L'ANALYSE DU SCHEMA NUMERIQUE EN DEUX DIMENSIONS A PERMIS DE PROPOSER UNE TECHNIQUE DE COUPLAGE POUR LES PROBLEMES TRIDIMENSIONNELS OU, LA COMPATIBILITE EST ASSUREE AVEC LES CONDITIONS AUX LIMITES DE PAROI ET DE PERIODICITE. LES DIFFERENTES CONFIGURATIONS TOPOLOGIQUES RENCONTREES DANS LES MACHIENS TOURNANTES ONT ETE TESTEES SUR DES GEOMETRIES SIMPLES POUR VALIDER LARGEMENT LES NOUVEAUX ALGORITHMES. L'ETUDE DES PHENOMENES D'INTERACTION A ETE REALISEE DANS UN VENTILATEUR TANGENTIEL ET UNE POMPE CENTRIFUGE. DANS CHACUN DES CAS, UN MODELE STATIONNAIRE VIENT COMPLETER L'ANALYSE ET LES COMPARAISONS AVEC LES DONNEES EXPERIMENTALES. LES RESULTATS CORRECTS OBTENUS PERMETTENT D'ENVISAGER DES PERSPECTIVES LARGES POUR L'OUTIL NUMERIQUE. L'OBJECTIF FINAL DEMEURE L'AMELIORATION DES PERFORMANCES DES MACHINES
Author: FLORENT.. LONGATTE
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Languages : fr
Pages : 312
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Book Description
L'INSTATIONNARITE DE L'ECOULEMENT AU SEIN DES TURBOMACHINES S'EXPLIQUE SURTOUT PAR LES INTERACTIONS ROTOR-STATOR, LESQUELLES, PRESENTES POUR TOUS LES REGIMES DE FONCTIONNEMENT, ENGENDRENT FATIGUE DU MATERIEL ET NUISANCE ACOUSTIQUE. LES INTERACTIONS D'AUBAGE (DE SILLAGE, TRIDIMENSIONNELLE ET POTENTIELLE) SONT LA SOURCE PRINCIPALE RETENUE D'INSTATIONNARITE. UN MODELE NUMERIQUE DE L'INTERACTION POTENTIELLE PERMET DE SOULIGNER L'IMPORTANCE DE DEUX PARAMETRES : LA FREQUENCE REDUITE QUI CARACTERISE L'INSTATIONNARITE DE L'ECOULEMENT, ET LE JEU ENTRE LA ROUE ET LE BEC DE VOLUTE QUI MODIFIE CONSIDERABLEMENT LES AMPLITUDES DES FLUCTUATIONS. LA COMPARAISON DES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET D'UN CALCUL NAVIER-STOKES INSTATIONNAIRE DE L'ECOULEMENT AU SEIN D'UNE POMPE CENTRIFUGE REVELE LA FORTE INFLUENCE DES CONDITIONS AUX LIMITES, NOTAMMENT SUR L'EVALUATION DES FLUCTUATIONS DE PRESSION. NOUS PROPOSONS UN CALCUL COUPLE POMPE-CIRCUIT POUR NE PLUS FIXER DES CONDITIONS AUX LIMITES ARBITRAIRES. L'ETUDE DE L'ECOULEMENT AU SEIN DU CIRCUIT EST ABORDEE GRACE AUX EQUATIONS D'ALLIEVI DONT LA MODELISATION, AINSI QUE LA REALISATION DE DIFFERENTS TESTS NUMERIQUES MONTRENT COMBIEN LE CHOIX DU SCHEMA DES PERTES DE CHARGE ET LA POSITION DES SOURCES DE FLUCTUATION AU SEIN DES CIRCUITS SONT IMPORTANTS. UNE TECHNIQUE DE COUPLAGE ENTRE LE CODE NAVIER-STOKES INSTATIONNAIRE ET CELUI DU CIRCUIT PERMET D'ETUDIER DIFFERENTES CONFIGURATIONS MACHINE-CIRCUIT, LESQUELLES CONFIRMENT LA NECESSITE DU CALCUL COUPLE ET TEMOIGNENT DE L'INFLUENCE DE LA GEOMETRIE DE LA POMPE ET DES CONDUITES SUR L'AMPLITUDE DES FLUCTUATIONS DE PRESSION AU SEIN DE LA VOLUTE. IL EST AINSI DEMONTRE QUE LA POMPE EST SOURCE DE FLUCTUATION DE DEBIT, DONT L'AMPLITUDE DEPEND ESSENTIELLEMENT DE SA GEOMETRIE. LES RESULTATS OBTENUS PERMETTRONT DE FOURNIR AUX NUMERICIENS DES CONDITIONS AUX LIMITES ADEQUATES AINSI QUE DE PREVOIR LE COMPORTEMENT ACOUSTIQUE DE LA POMPE EN FONCTION DE SA GEOMETRIE ET DE SA POSITION AU SEIN DES CIRCUITS.
Author: Olivier Coutier-Delgosha
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 435
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Book Description
L'étage d'aspiration des turbopompes de moteurs spéciaux cryotechniques, appelé inducteur, opère en régime cavitant, ce qui induit deux types de problèmes. D'une part, la vapeur modifie la charge des aubages et peut donc dégrader la performance de l'inducteur. D'autre part, la cavitation est à l'origine d'instabilités qui engendrent des efforts fluctuants et parfois dissymétriques sur les autres composants. En collaboration avec le CNES et Snecma Moteurs, l'analyse de ces mécanismes d'instabilité a donné lieu à un travail de recherche au LEGI, auquel cette thèse contribue sur le plan numérique. Le modèle physique de cavitation utilisé est basé sur la prise en compte d'un seul fluide, dont la densité varie entre celle de la vapeur et du liquide.La vitesse est la même pour les deux phases, et le taux de vide local est gouverné par une loi d'état barotrope qui relie directement les variations de pression et de densité. Deux approches parallèles ont été suivies sur la base de ce modèle. La première est 2D : elle a été développée au sein de l'équipe et améliorée lors de la présente étude en ce qui concerne la modélisation physique de la turbulence et la résolution numérique. Elle permet d'étudier des configurations simplifiées fixes et 2D représentatives d'un inducteur, en approfondissant l'analyse des propriétés du mélange liquide/vapeur et les aspects instationnaires. Une étude détaillée de l'auto-oscillation des poches de cavitation sur des profils Venturi a ainsi été menée. La seconde approche est l'extension 3D du modèle physique sur la base numérique du code commercial FINE/TURBO tm développé par NUMECA International. Les comportements cavitants quasi-statiques de plusieurs roues centrifuges ont été modélisés de manière satisfaisante : les courbes de chute de performance et les structures diphasiques dans les machines sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Des premiers calculs prometteurs sur des géométries d'inducteurs ont également été obtenus.
Author: American Society of Mechanical Engineers. Fluids Engineering Division. Summer Meeting
Publisher:
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Category : Fluid dynamics
Languages : en
Pages : 828
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Book Description
Author: Fabien Bardoux
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 201
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Book Description
L'écoulement au sein des turbomachines multi-étages est assujetti à des phénomènes instationnaires de natures aléatoires et déterministes. On distingue en effet d'une part la turbulence, représentative du comportement stochastique du fluide, et d'autre part les interactions instationnaires entre les roues aubées, provoquées par la rotation de la machine. Ces interactions impliquent les sillages des aubages, les ondes de choc, et influent sur le blocage aérodynamique ou encore les transferts thermiques. Les interactions entre les rotors et les stators sont caractérisées par des échelles de temps allant de la période de rotation de la machine à plusieurs fois la plus haute fréquence de passage des aubages. Les échelles de longueur sont également diverses, variant de la circonférence de la machine à la fraction de la corde d'une aube. Toutes ces échelles de longueur et de temps s'ajoutent à celles de la turbulence. La simulation numérique des écoulements en turbomachine nécessite donc de poser plusieurs hypothèses de simplification. Pour la turbulence, les modèles de turbulence satisfaisant l'hypothèse de BOUSSINESQ sont largement employés dans l'industrie, alors que les interactions instationnaires sont souvent négligées. John. J. ADAMCZYK (réf [85-ADA]) a créé le "Système d'Equations du Canal Moyenne" (SECM) permettant de modéliser les interactions instationnaires déterministes dans le cadre d'écoulements stationnaires. Les instationnarités sont prises en compte par l'intermédiaire de corrélations déterministes à modéliser. Des modèles pour les corrélations déterministes ont été développés par ADAMCZYK et al. (réf [86-ADA] et [89-ADA]), RHIE et al. (réf [89-ADA]), HALL (réf [97-HA2]), KIRTLEY (réf [99-KIR]) et BUSBY et al. (réf [99-BUS]). Ce travail de thèse a d'abord consisté en l'analyse du SECM et des modèles de fermeture de la littérature qui lui sont associés. Un modèle, représentatif de la majorité de ces derniers, a été implanté dans un code de calcul multi-étages stationnaire industriel (CANARI-COMET développé par l'ONERA, SNECMA-Moteurs, et TURBOMECA). Pour valider celui-ci, une simulation instationnaire d'un étage de turbine transsonique (VEGA2 de l'ONERA) est analysée. Cette analyse porte tout d'abord sur les phénomènes instationnaires présents dans l'écoulement. Des instationnarités provoquant des mélanges radiaux aux répercutions stationnaires importantes sont identifiées. La moyenne temporelle de la simulation instationnaire et le résultat obtenu avec le modèle de CANARI-COMET sont ensuite comparés. Il en ressort que le modèle présente d'importantes déficiences. Une analyse complète des corrélations déterministes est réalisée à partir du résultat instationnaire et permet de confirmer la précédente conclusion. Il est établi que les défauts du modèle implanté dans CANARI-COMET sont liés à une hypothèse de base commune avec la plupart des modèles. Ceci ouvre des perspectives et des axes de recherche pour la modélisation des corrélations déterministes destinées à fermer le SECM. Ce dernier est étudié d'un point de vue de l'analyse des résultats qui en découlent. Il est montré que la procédure de moyenne ne permet pas de respecter un certain nombre de principes de la thermodynamique et que ceci doit être pris en compte.
