Simulations aux grandes échelles de l'écoulement et du mélange dans des jets et des écoulements vrillés : application à une turbine

• Auteur / Autrice : Jörg Uwe Schlüter
• Direction : Thierry Poinsot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbines à gaz

Jets

Mots clés libres

Les

Simulation aux grandes échelles

Écoulements vrillés

Résumé

Les simulations aux grandes échelles sont devenues un outil de base pour la recherche de turbulence. La plupart des investigations LES traitent des écoulements à bas nombre de Reynolds et ont une discrétisation spatiale élevée, ce qui a comme conséquence des coûts de calcul élevés. Pour rendre la LES applicable aux cas industriels, les possibilités de fournir des LES avec de bas coûts de calculs sur des écoulements à nombre de Reynolds élevés doivent être étudiées. Le régime d'écoulement d'une turbine à gaz industrielle est dominé par plusieurs phénomènes d'écoulements. L'injection de carburant sous la forme d'un jet dans l'écoulement transversal et l'écoulement vrillé entrant dans une chambre de combustion sont deux configurations génériques représentatives des écoulements rencontrés dans des brûleurs de turbines à gaz. Afin de prouver la capacité de la LES de traiter ces phénomènes d'écoulement, deux investigations numériques ont été faites pour reproduire les résultats des études expérimentales. Le premier traite le JICF. Dans le second cas (écoulement vrillé), l'approximation axisymétrique est examinée en détail en la comparant à un calcul LES 3D complet et aux données expérimentales. Dans la dernière étape, après avoir examiné quelques détails du brûleur, toute les parties du brûleur qui ont été étudiées comme objets isolés sont réunies et un calcul d'un segment de 20° du brûleur est fait. La séparation de l'écoulement sur les ailettes et le mélange entre air et jet de carburant sont quantifiées à l'aide des résultats LES. En conclusion, on propose des modifications de brûleur et leurs effets sont discutés. L'objectif est d'éviter la formation des structures à grande échelle dans la chambre de combustion, qui sont suspectées d'être une source des instabilités de combustion.