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Simulation numérique et modélisation de l’écoulement autour des parois multi-perforées
La multi-perforation est un système de refroidissement couramment utilisé pour refroidir les parois
des chambres de combustion des turbines à gaz aéronautiques. Le principe est de percer dans ces parois
des milliers de petites perforations par lesquelles de l’air de refroidissement est injecté à l’intérieur de
la chambre. Lors de simulations numériques de chambre de combustion, la résolution de l’écoulement
près de ces parois multi-perforées est trop coûteuse en temps de calcul. C’est pourquoi l’objectif de
cette thèse est de proposer un modèle prenant en compte l’effet de la multi-perforation sur l’écoulement
dans la chambre de combustion et à l’extérieur, dans le contournement. En vue de la modélisation, des
Simulations des Grandes Echelles ont été réalisées afin d’acquérir une connaissance approfondie de
l’écoulement autour des parois multi-perforées. La configuration d’étude est celle d’une paroi perforée
d’extension infinie, représentée par une unique perforation dans un domaine périodique incluant les
deux côtés de la paroi. Une méthode spécifique pour générer l’écoulement à la fois dans la perforation et
des deux côtés de la paroi a été développée dans le cas isotherme puis adaptée au cas anisotherme. Les
données ainsi générées ont permis d’orienter le travail de modélisation vers les aspects les plus importants
de l’écoulement de multi-perforation. Ce travail de thèse a abouti à l’écriture d’un modèle adiabatique
de multi-perforation maintenant couramment utilisé dans l’équipe CFD-Combustion du CERFACS.
Mots clefs : Multi-perforation, Modélisation d’écoulement proche-paroi, Mécanique des fluides
numérique, Simulations des Grandes Echelles.
Numerical simulation and modeling of the flow around multi-perforated plates
Effusion cooling is commonly used to cool the combustion chamber liners in aeronautical gas turbines.
The principle is to drill in the liners thousands of perforations through which cooling air is injected
inside the combustion chamber. In 3-D combustion chambers computations, the resolution of the flow
near the perforated walls is too expensive in terms of computational cost. The objective of this work is
to propose a practical model to account for effusion cooling in industrial computations of the flow inside
and outside the combustion chamber. Large Eddy Simulations have been performed in order to get a deeper
understanding of the flow around a multi-perforated plate. The configuration of interest is an infinite
perforated plate, the computational domain being reduced to a box containing only one perforation and
including both sides of the plate. A specific strategy to generate and maintain the flow in such a configuration
has been developed for isothermal cases first, and then extended to non-isothermal cases. The
data from these Large Eddy Simulations have been analyzed in order to focus the modeling effort on the
most important phenomena for effusion cooling. This work has allowed the development of an adiabatic
model now commonly used for combustion chambers computations at CERFACS.
Keywords : Effusion Cooling, Near-wall modeling, Computational Fluid Dynamics, Large Eddy Simulations.
Discipline : Mathématiques. Application à la Mécanique des Fluides
Laboratoire d’accueil : CERFACS. Groupe CFD-Combustion. 42 avenue Gaspard Coriolis. 31057 Toulouse
cedex 01. France