Etude expérimentale des lois de parois et du film de refroidissement produit par une zone multiperforée sur une paroi plane. : Application au refroidissement des chambres de combustion des moteurs aéronautiques.

par Petre Miron

Thèse de doctorat en Énergétique, transfert, systèmes dispersés

Sous la direction de Vladimir Sabel'Nikov.

Soutenue en 2005

à Pau .

mots clés

• Avions -- Turboréacteurs -- Moteurs -- Systèmes de refroidissement
• Turbulence
• Jets -- Fluides, Dynamique des

Résumé

L'optimisation des systèmes de refroidissement de la chambre de combustion d'un turbomoteur reste aujourd'hui un enjeu majeur pour le motoriste. Le travail présenté dans cette thèse constitue une étude aérodynamique expérimentale de la technique de refroidissement par multiperforations d'une plaque plane à l'échelle 10:1. Un soin tout particulier a été apporté au développement du banc d'essais afin d'obtenir des conditions aux limites bien définies permettant ainsi une utilisation ultérieure pertinente des résultats de mesure pour une comparaison avec des résultats de modélisations numériques. Les mesures de vélocimétrie laser (Laser Doppler Anemometry) ont permis d'analyser l'influence du taux de soufflage et du nombre de Reynolds de l'écoulement principal sur la variation du film de refroidissement le long de la zone multiperforée ainsi qu'en aval des multiperforations. La forme en haricot des jets et les vortex contrarotatifs sont mis en évidence et la vitesse de frottement et le coefficient de frottement sont déterminés expérimentalement au sein des multiperforations. Des corrélations caractérisant la hauteur de pénétration des jets et l'épaisseur du film de refroidissement sont élaborées. Enfin, tous les résultats des mesures ont permis la création d'une base de données utilisable pour l'évaluation et la validation des futurs codes de calcul dans les simulations des écoulements au travers les parois multiperforées.

Titre traduit

Experimental study of wall laws and of a cooling film generated over a flat plate by air injection through a multi-hole region. Application on combustor wall cooling.

Résumé

The optimisation of turbocraft combustion chamber cooling systems is nowadays one of the main challenges engineers have to deal with. The current work presents an experimental aerodynamic study of the multiholed cooling technique on a 10:1 scale flat plate. A great deal of attention has been paid during the development of the test rig to obtain clearly identified boundary conditions that are necessary to perform a relevant comparison between the present experimental results and related numerical simulations. LDA velocity measurements allowed to investigate the blowing rate and Reynolds number influence on the film cooling evolution in the middle and downstream the perforated zone. The kidney shape and the contra rotating pair vortex are investigated and then friction velocity and friction coefficient are experimentally estimated in the multiperforated region. Depth jet penetrations and film cooling thickness correlations are elaborated. Finally, all experimental results will be used to evaluate and validate future codes needed to simulate flows over multiperforated walls.