Modelisation aerothermique a bas nombre de reynolds des ecoulements en turbines

par NATHALIE MARCINIAK

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Physique

Sous la direction de Francis Leboeuf.

Soutenue en 1997

à l'ECL .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Afin d'ameliorer le rendement thermique des turboreacteurs, les constructeurs aeronautiques augmentent la temperature en entree de turbine. Les aubages de la turbine haute-pression sont alors soumis a des sollicitations thermiques depassant les contraintes admissibles des materiaux, ce qui met en peril la duree de vie du moteur. Il est alors important de disposer d'un outil performant pour predire les transferts de chaleur parietaux. Les codes de calcul sont alors des solutions adaptees. La complexite de l'ecoulement, en particulier son aspect turbulent, influence fortement les transferts de chaleur. Il est clair que la connaissance du regime de l'ecoulement et de l'emplacement de la transition est alors indispensable pour une prediction correcte des flux de chaleur a la paroi. Par consequent, l'obtention d'une prediction thermique fine sera liee a une modelisation correcte de l'aspect turbulent de l'ecoulement. Dans le cadre des applications de turbines qui nous interessent, une approche statistique de la turbulence est utilisee. Les modeles cinematiques implantes dans le code navier-stokes, tridimensionnel, stationnaire canari de l'onera (support numerique de notre travail) sont des modeles a deux equations de transport k - a bas nombre de reynolds. Pour traiter l'aspect thermique de la turbulence, ces modeles sont associes a un modele a nombre de prandtl turbulent pr#t constant. Ce modele implique une hypothese de similitude qui conduit a une prediction thermique directement deduite de la prediction cinematique de l'ecoulement. Or, de nombreuses experiences et simulations numeriques directes ont montre que le scalaire pr#t varie au sein de l'ecoulement. Afin de nous affranchir de cette hypothese de similitude, un modele de turbulence thermique plus sophistique, a deux equations de transport, a ete developpe. Deux quantites turbulentes thermiques : #2 (la variance de la fluctuation de temperature) et # (le taux de destruction des fluctuations thermiques) sont alors tranportees. L'implantation d'un tel modele dans le code canari et sa validation, tant sur des cas fondamentaux que sur des configurations de turbines, ont ete les objectifs precis de cette these. Nous avons mis en evidence que les modeles k - et #2 - # doivent posseder des structures tres semblables afin d'assurer la stabilite du calcul. Nous avons egalement montre que le modele #2 - # confere un caractere plus universel qu'un modele a nombre de prandtl turbulent constant. Sur les configurations fondamentales, nous avons remarque un apport significatif du modele #2 - # quant a la qualite de la prediction des flux de chaleur turbulents. Pour les configurations complexes, nous avons note une sensibilite du modele #2 - # a l'evolution du gradient de pression longitudinal.


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Informations

  • Détails : 259 P.
  • Annexes : 68 REF.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
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