Etude du refroidissement d' une paroi concave par l' impact d'un jet bidimensionnel

par Thi Kim Dung Hoang

Thèse de doctorat en Mécanique des milieux fluides et énergie, thermique, combustion

Sous la direction de Eva Dorignac et de Laurent-Emmanuel Brizzi.


  • Résumé

    L'impact de jets est largement utilisé aujourd'hui dans l'industrie car ils génèrent d'importants transferts de chaleur et/ou de masse. Pour le refroidissement de la surface interne d'une aube de turbine, dans la région à mi-corde, la courbure est si faible que l'on peut, en première approximation, considérer que les jets frappent une paroi plane. Cette hypothèse n'est plus vraie au bord d'attaque où les jets viennent frapper une plaque courbe concave. Malheureusement très peu d'études concernent l'impact de jets sur des parois courbes (une quinzaine au plus, en 30 ans). Pour aborder cette problématique nous avons entrepris, dans ce travail, l'étude aérothermique d'impact d’un jet plan sur une paroi concave. Les résultats indiquent pour certaines configurations qu'il existe un phénomène instationnaire instable : un battement du jet qui se caractérise par une légère oscillation du jet autour de trois positions semi-stables. Cet écoulement est analysé à partir des champs moyens de vitesse et des valeurs turbulentes obtenues par Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV). Les transferts de chaleur sur la paroi d'impact sont déterminés à partir des mesures de température par thermographie infrarouge. Ce battement du jet entraîne une modification très importante de la structure de l'écoulement et du transfert de chaleur qui sont très différents de ceux observés, dans la littérature, pour le cas d'un impact de jet classique. Dans l'optique d'utiliser ce type de phénomène pour l'optimisation du refroidissement d’une paroi concave, nous nous sommes intéressés à l'influence des conditions aux limites (tabs en entrée ou obturateur en sortie) et des principaux paramètres géométriques et dynamiques (hauteur d’impact, nombre de Reynolds,…).

  • Titre traduit

    Cooling of a concave surface by using an impinging slot jet


  • Résumé

    Jet impingement cooling has been widely used in industry because of its ability to produce a high heat/masse transfer rate in a localised region. Effectively, for cooling a gas turbine blade inner surface, the curvature in the mid-chord region is so small that the jet impingement can be considered as an impingement on a flat plate. This hypothesis is wrong near the leading edge where the jet hits a concave curved plate. Unfortunately, there are few studies of the impinging jets on curved walls (about fifteen at most, in 30 years). In this work, we carried out an aero-thermal study for single slot jet impingement cooling on a concave surface. The results of some configurations underline the presence of an unstable non-stationary phenomenon: A flapping jet which is characterized by a light oscillation of the jet around three different semi-stable positions. The distributions of mean velocity and velocity fluctuation on the concave surface have been measured by using classical Particle Image Velocimetry (»5000 samples). The heat transfer coefficients are determined from the wall temperature measurements by infrared thermography (»500 samples). This flapping jet considerably modifies the impinging jet structure and the heat transfer which is different from the jet impingement found in the literature. In order to use this type of phenomenon for optimization of the concave surface cooling, we were interested in the influence of the boundary conditions (tabs in entry or obturator at exit) and the principal geometrical and dynamic parameters (impinging height, nozzle exit Reynolds number,…).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (203 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 120 réf.

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