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Michel, Brice (2008)
Languages: French
Types: Article
Subjects: Chambre de combustion, Refroidissement par multiperforation, Jets transverses, Mélange, Simulation numérique instationnaire, 621.042, Combustors, Effusion cooling, Jets in cross flow, Mixing, Unsteady numerical simulation
Dans les turbomachines, pour protéger les parois des chambres de combustion exposées à de très fortes températures, la technique de refroidissement par multiperforation s'avère particulièrement efficace. Cette technique consiste à faire passer une partie de l'air provenant du compresseur à travers la paroi de la chambre de combustion par des milliers d'orifices de petit diamètre. Lors du développement des nouvelles chambres, la prise en compte de ce type d'injection dans les simulations numériques s'avère toutefois difficile à cause de la petite taille et du très grand nombre des perforations. Le travail effectué durant cette thèse vise à la fois à optimiser cette technique d'injection et à améliorer sa prise en compte dans les simulations numériques. Des campagnes d'essais sont réalisées pour étudier l'effet de l'orientation, longitudinale ou giratoire, du flux d'air protecteur. Une action significative de ce paramètre est démontrée sur la protection de la paroi et sur le mélange de l'air de refroidissement avec l'écoulement incident. Les modèles existants assurant la prise en compte de l'injection par multiperforation sont testés sur la base de données expérimentales générée. Ces modèles montrant un comportement qualitatif avec des faiblesses en proximité de la paroi, des mesures expérimentales et des simulations numériques stationnaires puis instationnaires sont entreprises sur une configuration à grande échelle. L'écoulement y est étudié en détails, à l'échelle des jets. Une analyse de l'interaction entre les jets et l'écoulement incident est effectuée dans la perspective d'améliorer les modèles d'injection d'air au travers de parois multiperforées. In turbomachinery, in order to protect combustor walls exposed to very high temperatures, the effusion cooling technique turns out to be very effective. This technique consists in having part of the air coming from the compressor passing through thousands of sub-millimetre holes drilled through the combustor liner. During the development of new combustors, accounting for this type of injection in numerical simulations turns out to be difficult in view of the small dimension and the large number of injection holes. The aim of the work presented in this thesis is both the optimisation of this injection technique and the improvement of the capacity to account for it in numerical simulations. Experiments are carried out to study the effect of the orientation, streamwise or gyratory, of the protective air flow. A significant effect of this parameter is demonstrated on the protection of the liner and on the mixing of cooling air with incident flow. The existing models providing multiperforation type injections are tested with the experimentally generated database. These models showing a qualitative behaviour with weaknesses in the vicinity of the wall, experimental measurements and steady then unsteady numerical simulations are performed on a large scale configuration. The flow is studied in details, on the jets scale. An analysis of the interaction between the jets and the incident flow is performed in order to improve multiperforation injected air models.

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