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L’ÉCOULEMENT AUTOUR D’UNE PAROI MULTI-PERFORÉE
locale, uniquement dans les zones à refroidir. Les taux de soufflage (rapports de quantité de mouvement
entre fluide injecté et écoulement principal) nécessaires à un bon refroidissement sont faibles dans le cas
d’effusion par une paroi poreuse (Moffat & Kays, 1968; Goldstein, 1971; Bellettre et al., 2000; Brillant,
2004). L’injection étant faible, la structure de la couche limite est peu modifiée. Des lois de parois pour
une couche limite se développant sur une paroi avec soufflage faible sont ainsi disponibles (Simpson,
1970; Silva-Freire et al., 1995). Le refroidissement par effusion à travers une paroi poreuse allie donc
grande efficacité de refroidissement et facilité de représentation dans les codes numériques. Ce serait le
système idéal s’il n’était limité par des contraintes technologiques qui empêchent son utilisation dans les
turbines à gaz, du moins à l’heure actuelle : les pores se bouchent facilement et les résistances mécaniques
qu’offrent ces matériaux sont trop faibles. Ainsi, des systèmes alternatifs ont dû être mis au point.
Les premiers systèmes de refroidissement sont très simples et correspondent à une injection d’air
au travers d’une fente. Dans les années 1950 et 1960, c’est ce type d’injection qui est le plus étudié.
Le caractère bi-dimensionnel de cette configuration permet de limiter le nombre de paramètres d’étude.
Parmi ces études, de nombreuses s’intéressent à des injections tangentielles à la paroi à refroidir, avec
des géométries très variables. Le lecteur pourra se rapporter au chapitre de Goldstein (1971) traitant
de Film Cooling, dans Advances in Heat Transfer. Dans ce chapitre, Goldstein récapitule les travaux
expérimentaux sur le refroidissement par injection d’air, essentiellement par fente. Les études de refroidissement
par film assuré par des perforations isolées ou des rangées de perforations sont plus récentes.
L’équipe de R. J. Goldstein, à l’Université du Minnesota et en collaboration avec la National Aeronautics
and Space Administration (NASA) va produire de nombreux travaux (Goldstein et al., 1968, 1969; Eriksen,
1971; Eriksen & Goldstein, 1974a,b) ayant trait aux transferts de chaleur en aval d’un jet débouchant
de trous cylindriques dans une couche limite de température différente. En ce qui concerne le refroidissement,
le transfert de chaleur à la paroi présente également des variations dans la direction transverse à
l’écoulement. Toutes les configurations de refroidissement par fentes ou par perforations isolées ont un
principe différent du refroidissement par transpiration : l’air injecté sert à protéger la zone située en aval
de l’injection.
Les premières études concernant plusieurs rangées de perforations sont menées dans les années 70
(LeBrocq et al., 1973; Metzger et al., 1973). Ces études expérimentales permettent d’estimer la
dépendance de l’efficacité de refroidissement à de nombreux paramètres géométriques et aérodynamiques.
Des règles de conception émergent et des modèles de calcul d’efficacité sont proposés (Metzger et al.,
1973; Mayle & Camarata, 1975). La multi-perforation se rapproche plus du refroidissement par transpiration
que la fente : elle permet de refroidir la paroi à la fois dans la zone d’injection et en aval (Mayle
& Camarata, 1975). Cependant, les travaux sur la multi-perforation restent peu nombreux devant le
nombre d’études concernant une perforation ou une rangée de perforations, car l’essentiel des études est
consacré au refroidissement des aubes de turbines (où la multi-perforation n’est que rarement utilisée)
plutôt qu’à celui des parois des chambres de combustion. Pour plus de détails sur le refroidissement des
aubes des turbines, le lecteur pourra se reporter à l’article de revue de Bogard & Thole (2006) qui lui est
consacré.
Toutefois, au début des années 1980, des études expérimentales importantes sont menées à l’Université
de Stanford par le groupe de Kays et Moffat (Crawford et al., 1980a,b; Yavuzkurt et al., 1980a,b).
Les études par Yavuzkurt et al. (1980a,b) sont les premières à vraiment traiter le comportement
aérodynamique de l’écoulement au-dessus d’une plaque multi-perforée : les études menées auparavant
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