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INTRODUCTION GÉNÉRALE l’approche numérique via la Simulation des Grandes Echelles résolue en proche paroi. Dans cette étude, une stratégie originale pour la simulation de l’écoulement autour d’une paroi multiperforée est proposée. Jusqu’à présent, les simulations numériques s’intéressaient au développement spatial du film de refroidissement, entraînant ainsi une dépendance des résultats vis-à-vis de la rangée de perforations considérée. Nous avons choisi de travailler dans un domaine périodique dans les directions tangentielles à la paroi afin de reproduire la géométrie d’une plaque perforée d’extension infinie et de proposer un modèle dépendant uniquement des conditions locales de l’écoulement. Le domaine de calcul comprend une partie proche paroi de la chambre de combustion, la perforation et une partie proche paroi de l’extérieur de la chambre. L’extérieur de la chambre est simulé pour deux raisons. D’une part, la paroi étant peu épaisse, l’écoulement à l’extérieur a un impact direct sur la forme des jets. D’autre part, la tendance industrielle actuelle est de simuler numériquement à la fois l’intérieur et l’extérieur de la chambre. Un modèle — et donc des données — sont nécessaires pour les deux côtés de la paroi. Le développement de ces simulations de multi-perforation en domaine périodique a demandé un effort particulier de validation et de comparaison avec des résultats expérimentaux de référence. Ces résultats de référence sont disponibles uniquement pour des configurations expérimentales isothermes à échelle 10. C’est pourquoi une partie importante de ce travail est consacrée à la simulation périodique d’une configuration isotherme à grande échelle. La comparaison montre un très bon accord global entre expériences et simulations. La configuration périodique engendre cependant des différences inévitables avec les mesures car dans notre cas, l’écoulement proche paroi est pleinement développé alors qu’il évolue d’une rangée à l’autre dans les expériences. L’analyse des résultats isothermes a permis de proposer un modèle de paroi homogène simple qui reproduit l’effet moyen de la paroi multi-perforée sur l’écoulement affleurant les deux côtés de la paroi. La performance de ce modèle est évaluée par comparaison directe avec les données des simulations. Les sources d’erreurs sont alors identifiées, ce qui permettra à l’avenir d’affiner le modèle proposé dans cette thèse. Des tests a posteriori sont également effectués afin de comparer des simulations utilisant le modèle et des résultats expérimentaux. La reproduction d’une expérience où deux canaux sont séparés par une paroi perforée montre la capacité du modèle à reproduire l’effet moyen de la multi-perforation. L’extension des simulations périodiques à des configurations anisothermes a également été effectuée. L’analyse des résultats anisothermes permet de donner plusieurs recommandations pour la prise en compte des effets thermiques dans un modèle de multi-perforation. Il ne s’agit cependant que d’un travail préliminaire sur la modélisation des aspects thermiques. Notre étude confirme notamment la nécessité du couplage fluide-paroi afin de prendre en compte dans les simulations périodiques les variations spatiales de température à l’intérieur de la paroi, négligées ici. Le document s’articule ainsi : les chapitres 1 et 2 sont consacrés respectivement au rappel du contexte industriel et scientifique et à l’étude bibliographique de l’écoulement de multi-perforation. Le code de calcul est ensuite présenté au chapitre 3. Le chapitre 4 décrit la configuration de simulation périodique et détaille les nombreux tests évaluant la dépendance des résultats d’une simulation isotherme aux paramètres numériques de l’étude. Les détails de l’écoulement dans ce cas isotherme sont présentés au chapitre 5. Enfin, les chapitres 6 et 7 sont dédiés respectivement à la modélisation isotherme et à l’extension de la méthode de simulation isotherme au cas anisotherme. 12
Chapitre 1 Contexte industriel et scientifique 1.1 Les turbines à gaz 1.1.1 Principe de fonctionnement des turbines à gaz FIG. 1.1 - Schéma de fonctionnement d’une turbine à gaz aéronautique. Une turbine à gaz est une machine tournante thermodynamique dont le rôle est de produire de l’énergie par combustion. Un schéma de turbine à gaz aéronautique est présenté sur la figure 1.1. Plusieurs éléments caractéristiques sont montés en série : le compresseur, la chambre de combustion et la turbine. Le compresseur et la turbine sont composés de parties fixes, les stators, et de parties tournantes, les rotors. La turbine à gaz possède un axe de rotation sur lequel sont fixées ces parties tournantes. Le compresseur et la turbine peuvent être composés de plusieurs étages : plusieurs rotors et stators sont alors placés en série. Le compresseur fait subir une compression au gaz qui le traverse ; un gaz passant dans une turbine subit une détente. Le principe de fonctionnement d’une turbine à gaz peut être résumé de la
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