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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 26
1.3 Objectifs et plan de la thèse une première proposition de modèle pour le cas isotherme. Des tests a posteriori sont analysés dans un article en préparation pour l’AIAA Journal, inclus dans le document : il s’agit de la simulation d’une expérience à l’échelle 10, dans laquelle la paroi perforée expérimentale est remplacée par le modèle de paroi. Le chapitre 7 permet de décrire l’extension de la méthode à des cas anisothermes. Les résultats d’une simulation anisotherme sont détaillés dans un article accepté dans la conférence TSFP5 et présenté en août 2007 à Munich. Nous étudierons également comment étendre le modèle isotherme à des cas anisothermes. 27
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