these simulation numerique et modelisation de l'ecoulement autour ...

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