Refroidissement de paroi par effusion : Etude expérimentale

par Honoré Yobouet Andoh

Thèse de doctorat en Thermique et énergétique

Sous la direction de André Lallemand.

Soutenue en 1992

à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (MEGA) (Villeurbanne) , en partenariat avec CETHIL - Centre de Thermique de l'INSA de Lyon (Lyon, INSA) (laboratoire) .

mots clés

• Matériaux poreux -- Fluides, Dynamique des
• Couche limite turbulente
• Couche limite laminaire

Résumé

L'un des procédés de refroidissement des parois de chambres de combustion, lorsque celles-ci sont poreuses, consiste à les refroidir par effusion d'un gaz froid s'é1 coulant de l'extérieur vers l' intérieur. Le travail consiste à analyser l'efficacité d'un tel système. Un modèle d'écoulement à travers la paroi, basé sur une loi de type "Blasius" et résolu selon la méthode des différences finies, a été élaboré Comparé à divers modèles de la littérature, i1 a été validé par des expériences diversifiées quant à la nature du fluide et aux conditions de température et de pression. Le modèle de transferts thermiques à 1'intérieur de la paroi utilise l'équation de l'énergie et une méthode de résolution aux différences finies. Il permet d'étudier la sensibilité du phénomène aux divers paramètres. L'un d'eux, le coefficient d'échange convectif interne est prépondérant. Sa valeur est obtenue par des corrélations semi-ernpiriques issues de la bibliographie ou par une méthode expérimentale indirecte délicate à mener du fait des puissances thermiques importantes à mettre en jeu. Une modélisation simple de la couche limite, utilisant l'hypothèse d'une couche laminaire en déplacement perpendiculairement à la paroi, permet de calculer le flux thermique reçu à la paroi. Une épaisseur de couche limite de quelques centièmes de millimètres suffit à limiter considérablement le flux. Un programme de calcul global est exploité pour analyser l'efficacité du mode de refroidissement étudié lorsqu'on fait varier les paramètres essentiels ; pression amont et aval de la paroi, température des fluides chauds et froids, nature du matériaux, nature du fluide, coefficient de convection interne et épaisseur de la couche limite.

Titre traduit

= Effusion cooling : Experimental study

Résumé

One solution for the cooling of combustion chamber walls, when they are porous, consists of cooling them by effusion of a cold gas flowing from outside to inside this work aims to analyse the performance of such a system. A model of flowing throw the wall, based on a Blasius type law and solved by a finite difference method, was developed. Compared to various model found in the literature, it was applied to experiments with various fluids, operating temperatures and pressures. The model of beat transfer inside the wall uses the energy equation and a finite difference method solving. It is allows to study the sensitivity of mechanism to various parameters. One at them - the internal convective heat transfer coefficient is preponderant. Its value is obtained by semi-empirical equation given by the literature or by an indirect experimental method, difficult to carry out due to the great thermal involved. A simple modelling of the boundary layer, using the assumption of a laminar layer moving perpendicular to the wall, allows to calculate the heat flux get by the wall. A boundary layer of a few hundredth millimetres thickness is enough to considerably limit the flux. A global simulation program is used to analyse the performance of the studied cooling mode. When the main parameters vary, pressures, up-stream and down-stream to the wall, cold and hot gases temperatures, material, fluid, internal convection coefficient, boundary layer thickness.