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L’ÉCOULEMENT AUTOUR D’UNE PAROI MULTI-PERFORÉE FIG. 2.1 - Vue de l’extérieur d’une chambre de combustion annulaire Turbomeca. La paroi extérieure est multi-perforée. y Ecoulement chaud COTE INJECTION ZONE PERFOREE z x Ecoulement principal (1) Ecoulement secondaire (2) COTE ASPIRATION Ecoulement froid FIG. 2.2 - Schéma d’une configuration expérimentale typique pour l’étude de l’écoulement autour d’une paroi multi-perforée. tions. La zone située en aval des perforations peut également être étudiée car le refroidissement y est encore efficace. La distance entre la fin de la zone perforée et les sorties est alors suffisamment grande pour éviter une influence importante des sorties. Notons enfin que dans le cas d’un écoulement en canal côté froid, il est nécessaire de créer une surpression pour faire passer le fluide du côté chaud. Différents systèmes sont utilisés : par exemple une grille pour obstruer une partie du canal chez Miron (2005) ou une vanne qui contrôle le débit dans les études menées récemment sur le banc THALIE au Laboratoire de Combustion et Détonique de Poitiers (Coron, 2001; Champion et al., 2005). Ces dispositifs sont placés suffisamment en aval pour ne pas perturber l’écoulement affleurant les perforations. 32
2.1 Présentation de la configuration de multi-perforation Dans ce manuscrit, certaines conventions seront respectées : l’écoulement 2 nourrissant les perforations sera toujours situé en dessous de la paroi perforée. Il sera indifféremment désigné par les termes écoulement froid ou écoulement secondaire. Ce côté de la paroi sera appelé côté aspiration : les trous aspirent l’air de ce côté pour l’injecter de l’autre. L’autre côté de la paroi, représentant le côté chambre de combustion, sera donc appelé côté injection. L’écoulement 1 dans lequel débouchent les jets de la multi-perforation pourra être désigné par les termes écoulement chaud ou écoulement principal. Une partie de l’étude se faisant dans une situation isotherme, nous ne pourrons pas toujours utiliser les termes chaud ou froid pour désigner chaque partie de l’écoulement : nous utiliserons alors les termes écoulement principal et écoulement secondaire. Les conventions de repère utilisées seront toujours les mêmes : x est la direction principale des écoulements principal et secondaire, y la direction normale à la paroi et z la direction transverse. Une rangée de perforations est percée à x constant (voir plus loin figure 2.5). 2.1.2 Structure globale du film de refroidissement Le film de refroidissement qui se développe le long d’une paroi multi-perforée peut être divisé en plusieurs parties, dans la direction longitudinale, comme le montre la figure 2.3 : COUCHE LIMITE INCIDENTE ZONE D’ATTAQUE ZONE ETABLIE ZONE DE RECOUVREMENT Hauteur de film FIG. 2.3 - Schéma du développement spatial d’un film de refroidissement créé par une paroi multi-perforée. – La zone d’attaque du film est constituée par les premières rangées. Dans cette portion du film, l’écoulement est encore très dépendant des caractéristiques de l’écoulement principal en amont de la zone perforée. Les jets se mélangent à cet écoulement pour commencer à former le film de refroidissement. Au bout de quelques rangées, typiquement 5-7, la structure du film s’établit. Le nombre de rangées nécessaires à l’établissement de l’écoulement dépend du taux de soufflage considéré. Pour des taux de soufflage forts (typiquement supérieurs à 3), Scrittore, Thole & Burd (2007) montrent que l’écoulement ne s’établit qu’après la quinzième rangée. – Dans la zone dite établie, les variations spatiales sont moins importantes. Les zones d’inhomogénéité sont limitées aux sillages des jets. D’une rangée à la suivante, l’écoulement proche paroi varie peu (Scrittore et al., 2007). En réalité, aucune étude n’a permis de montrer qu’au bout d’un certain nombre de rangées, l’écoulement est complètement stabilisé, et qu’il n’y a plus de différence entre une rangée et la suivante. Comme nous le verrons plus tard dans ce chapitre, même dans la zone dite « établie », l’écoulement évolue encore légèrement d’une rangée à l’autre. – Le film persiste après la zone perforée. Dans cette partie, appelée zone de recouvrement, le film 33
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