Measurement and analysis of forced convection phenomena in blade cooling channels

par Christophe Diette

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Bernard Desmet.

Soutenue en 2003

à Valenciennes .

  • Titre traduit

    Mesure et analyse des phénomènes de convection forcée dans des canaux de refroidissement d'aubes


  • Résumé

    Dealing with gas turbine aircraft engines, the Turbine Entry Temperature (TET) is generally targeted as high as possible. Increasing this parameter leads to higher thermodynamic efficiency and power output and reduces the weight-to-thrust ratio and the Specific Fuel Consumption (SFC). Since the maximum permissible TET is determined by the temperature limitations of the turbine assembly, the choice of turbine material and the design of cooling systems applied to turbine blades are essential. This work reports both an experimental and numerical investigation on internal blade cooling cavities. Various cross sections are examined depending on the region of the blade to cool down. Numerous parameters regarding the promoters of turbulence and the flow conditions are varied to find an optimum solution in terms of both heat transfer and pressure losses. Numerical simulations are performed to support the analysis of the flow behaviour. A good agreement is found between the simulations and the aerodynamic measurements. Theoretical diagrams to interpret the flow field are finally proposed. This study provides a better understanding of flow features occuring in cooling channels together with a very detailed database. The later is useful for further numerical validations and the optimisation of cooling cavities.


  • Résumé

    En matière de moteurs d'avion à turbine à gaz, une Température d'Entrée de Turbine (TET) aussi élevée que possible est souhaitée. Augmenter sa valeur permet en effet d'obtenir un rendement thermodynamique plus élevé tout en réduisant le rapport poids-poussée et la consommation spécifique (SFC). Parce que la TET maximum permise est liée aux limites de température supportées par les composants de la turbine, le choix des matériaux et la conception des circuits de refroidissement d'aubes sont cruciaux. Cette recherche rend compte d'une étude expérimentale et numérique sur les cavités internes de refroidissement d'aubes. Des sections de passage différentes sont examinées, en fonction de la région de l'aube à refroidir. Plusieurs paramètres en ce qui concerne les promoteurs de turbulence et les conditions de l'écoulement, sont variés pour définir une solution optimale en termes de transfert de chaleur et pertes de charges. Des simulations numériques sont réalisées pour appuyer l'analyse de l'écoulement. La comparaison de ces résultats avec les mesures aérodynamiques se révèle très satisfaisante. Enfin, des diagrammes sont proposés, pour décrire l'écoulement dans chaque cavité étudiée. De cette étude, il ressort une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu dans les cavités de refroidissement, ainsi qu'une base de données détaillée. Cette dernière est utile pour la validation de codes de calcul et l'optimisation des systèmes de refroidissement.

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Informations

  • Détails : 193 p.
  • Notes : Thèse confidentielle jusqu'en 2005 puis publication autorisée
  • Annexes : Bibliogr. p. 163-175

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis. Service commun de la documentation. Site du Mont Houy.
  • Disponible sous forme de reproduction pour le PEB
  • Cote : 900034 TH
  • Bibliothèque : Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis. Service commun de la documentation. Site du Mont Houy.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 900035 TH
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