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LISTE DES SYMBOLES µ viscosité dynamique ν ν t ρ σ τ τ 1 τ 2 τ i,j viscosité cinématique viscosité turbulente de sous-maille densité porosité de la paroi perforée temps de relaxation des termes sources taux de soufflage rapport de flux de quantité de mouvement tenseur des contraintes Nombres sans dimension Le P r Re nombre de Lewis nombre de Prandtl nombre de Reynolds Opérateurs de moyenne / filtrage f ˜f Indices grandeur f filtrée au sens de Reynolds grandeur f filtrée au sens de Favre 1 grandeur relative à l’écoulement 1, représentant la chambre de combustion 2 grandeur relative à l’écoulement 2, représentant le contournement ad cible eff h j adiabatique valeur cible effective relatif à la perforation relatif au jet moyen valeur moyennée sur un canal p s w grandeur de paroi relatif à la partie solide de la paroi grandeur au mur (perforation + paroi solide) rms fluctuations Root Mean Square Exposants + unité de paroi t grandeur de sous-maille Abréviations BC Boundary Conditions CFD Computational Fluid Dynamics CST Constant Source Terms DNS Direct Numerical Simulation LDA Anémométrie Laser Doppler LES Large Eddy Simulation LW Lax-Wendroff NSCBC Navier-Stokes Characteristic BC RANS Reynolds Averaged Navier-Stokes SGE Simulation aux Grandes Echelles SND Simulation Numérique Directe THI Turbulence Homogène Isotrope TTGC Two-step Taylor-Galerkin Colin 10
Introduction générale La volonté d’améliorer les performances des turbines à gaz pousse les motoristes à augmenter le taux de compression des gaz entrant dans la chambre de combustion. La température des gaz brûlés est donc de plus en plus élevée et les parois des chambres de combustion, qui ne peuvent supporter ces contraintes thermiques, doivent être impérativement refroidies. Dans les turbines à gaz aéronautiques modernes, une façon très courante de refroidir les parois est d’utiliser la « multi-perforation ». Ce système de refroidissement consiste à percer la paroi de milliers de petites perforations qui permettent d’injecter dans la chambre l’air frais circulant à l’extérieur. La coalescence des jets d’air ainsi créés forme un film de protection qui isole efficacement la paroi des gaz chauds. En plus de son influence sur la thermique, la multi-perforation modifie également de manière significative la dynamique et l’acoustique de l’écoulement dans la chambre de combustion. En particulier, les jets issus des perforations perturbent fortement l’écoulement en proche paroi et peuvent avoir une influence sur la position de la flamme. Les parois perforées sont également connues pour avoir un effet d’atténuation des ondes acoustiques dans la chambre de combustion. Elles sont d’ailleurs utilisées dans ce but en post-combustion. Ainsi les études thermo-acoustiques des instabilités de combustion dans les chambres devraient a priori tenir compte des effets de la multi-perforation sur l’acoustique. Les motoristes sont actuellement confrontés au problème de la représentation de la multi-perforation dans les simulations numériques. En effet, le développement d’une nouvelle chambre de combustion se fait maintenant essentiellement via des simulations numériques de l’écoulement à l’intérieur de la chambre. Cependant, la résolution des milliers de jets issus de la multi-perforation serait très coûteuse en temps de calcul, alors que l’industrie exige des temps de restitution courts. Les constructeurs de turbines à gaz ont donc besoin de modéliser l’effet de l’écoulement de multi-perforation sur le problème considéré, qu’il soit acoustique, thermique ou dynamique. Ces trois problématiques sont actuellement étudiées au CERFACS. L’objectif de cette thèse est de proposer un modèle simple reproduisant les flux au niveau d’une paroi multi-perforée afin de représenter les effets dynamiques et thermiques. En effet, un modèle représentatif de l’effet en proche paroi doit reproduire correctement les flux pariétaux. Avant de procéder à la modélisation, il est donc indispensable d’acquérir une connaissance précise de ces flux qui sont pour le moment mal connus. C’est pourquoi l’essentiel de ce travail a consisté à approfondir la connaissance de l’écoulement de multi-perforation afin de générer les données nécessaires à sa modélisation. Les contraintes liées aux dispositifs de mesure (taille des trous et température de fonctionnement) rendent difficile l’acquisition de ces données par des méthodes expérimentales. Nous avons donc retenu
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pressure drop of 41 Pa is effective
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Region total plate hole solid wall
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This equality is almost verified at
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V U σ V inj jet cotan(α′ ) V U
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PERIODIC Z INFLOW 1 WALL 24 OUTFLOW
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8 Fric, T. and Roshko, A., “Vorti
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Primary flow (burnt gases) Secondar
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