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

CONTEXTE INDUSTRIEL ET SCIENTIFIQUE
ont manifesté le besoin d’avoir un modèle de paroi pour la multi-perforation. Des études ont été menées
ces dix dernières années dans ce sens. Toutefois, aucune n’a abouti à la modélisation de l’écoulement
autour d’une paroi multi-perforée.
1.3 Objectifs et plan de la thèse
Ce travail de thèse se situe dans la continuation de plusieurs autres études lancées ces dernières
années sous l’impulsion de Snecma et Turbomeca. On peut recenser plusieurs travaux ayant eu lieu
dans les laboratoires CNRS de Poitiers, le Laboratoire de Combustion et Détonique et le Laboratoire
d’Etudes Thermiques (Champion, 1997; Foulon, 1999; Rouvreau, 2001; Petre, 2001; Messaadi, 2003;
Nguyen-Phu, 2006) et à l’Université de Pau (Emidio, 1998; Miron, 2005), tous consacrés à l’écoulement
autour d’une paroi multi-perforée. Tous ces travaux ont permis d’améliorer les connaissances sur les
écoulements autour de parois multi-perforées, soit dans des cas très proches de ceux rencontrés en
fonctionnement dans les moteurs, soit dans des configurations mieux adaptées aux mesures fines de
l’écoulement. D’autres thèses sont également en cours à Turbomeca (Aurélien Most, 2007, encadré par
Pascal Bruel) et à l’ONERA Toulouse, en collaboration avec l’Institut de Mécanique des Fluides de
Toulouse (Brice Michel, 2008, encadré par Azeddine Kourta et Pierre Gajan).
Dans ce manuscrit, nous allons présenter une démarche différente de celles proposées jusqu’à présent.
Cette démarche, basée sur la Simulation des Grandes Echelles raffinée à la paroi, permet d’obtenir
des données fines de l’écoulement autour et à l’intérieur de la paroi perforée. A partir des résultats
de ces simulations, un modèle est proposé, ainsi qu’une estimation des erreurs associées. Toute cette
démarche a été effectuée en lien étroit avec Snecma et surtout Turbomeca, au travers du projet européen
INTELLECT-DM (EU Project AST3-CT-2003-502961, www.intellect-dm.org). Ce programme de 4 ans
(2004-2007) fait partie du Framework Program 6. INTELLECT-DM a pour objectif global de proposer
une méthode de conception pour les chambres de combustion de turbines à gaz à faibles émissions.
Cette méthodologie requiert des connaissances scientifiques précises sur de nombreuses technologies
utilisées dans les brûleurs des turbines à gaz. L’étude de la multi-perforation fait partie des travaux sur
le refroidissement menés dans le cadre de ce projet. Un résumé des travaux effectués dans le cadre
d’INTELLECT-DM a été présenté à la première European Air and Space Conference, 10-13 septembre
2007 à Berlin (Von Der Bank et al., 2007).
Dans le cadre de ce travail de thèse, nous nous intéresserons à la question suivante : comment
modéliser l’effet de l’injection/aspiration à travers une paroi multi-perforée sur un maillage grossier,
incapable de reproduire la structure fine de l’écoulement près de la paroi ? Après ce chapitre introductif,
nous nous pencherons en chapitre 2 sur les données disponibles en établissant quels types d’informations
sont nécessaires à la construction d’un modèle adapté à la multi-perforation dans les turbines à
gaz aéronautiques. Etant donné les insuffisances des données disponibles, il a été décidé de générer
les résultats numériques qui doivent servir de base à la dérivation du modèle. Dans le chapitre 3, l’outil
numérique est présenté. Dans un premier temps, une configuration isotherme est étudiée. Les tests
établissant la sensibilité des résultats à divers paramètres numériques sont détaillés en chapitre 4. L’analyse
physique des résultats est détaillée grâce à l’inclusion en chapitre 5 d’un article accepté dans le Journal
of Fluid Mechanics. A partir de l’analyse des résultats obtenus en chapitre 5, le chapitre 6 présente
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