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

L’ÉCOULEMENT AUTOUR D’UNE PAROI MULTI-PERFORÉE
2.4.1 Structure aérodynamique de l’écoulement côté injection
Dynamique générale
Du côté chaud de la plaque, de l’air de refroidissement est injecté au travers de petites perforations
régulièrement disposées en quinconce. Les données disponibles sur la structure fine de l’écoulement
proviennent essentiellement d’expériences isothermes. Pour décrire la structure de cet écoulement, nous
nous baserons tout d’abord sur les résultats de thèse de Miron (2005). Miron a cherché à se situer dans
une configuration la plus réaliste possible en termes de géométrie et d’écoulement pour effectuer des
mesures de vitesse longitudinale et verticale par Anémométrie Laser Doppler (LDA), du côté injection
de la paroi. Pour effectuer des mesures précises de vitesse, le dispositif expérimental a été construit à
l’échelle 10 par rapport à la géométrie typique dans les moteurs : la paroi fait 10 mm d’épaisseur au
lieu de 1, les perforations 5 mm de diamètre au lieu de 0.5. La plaque est constituée de 12 rangées
de 11 ou 12 trous en quinconce, inclinés à α = 30 ◦ avec l’écoulement, sans composante transverse
(β = 0 ◦ ). L’espacement entre deux rangées consécutives est de X/d = 5.84. La distance transverse
entre deux trous d’une même rangée est de Z/d = 6.74. La plaque sépare deux canaux de 24 d de
haut. Deux écoulement principaux sont établis dans ces canaux. Une grille bouche en partie le côté
aspiration pour faire monter la pression et injecter du fluide côté injection à travers la paroi. Les mesures
de vitesse effectuées sur ce dispositif expérimental vont permettre de décrire l’écoulement côté injection.
La description sera faite pour un point de fonctionnement particulier dont les caractéristiques sont les
suivantes : U i est la vitesse moyenne au centre de chaque canal i = 1, 2 et le nombre de Reynolds Re i est
basé sur U i et la demi-hauteur du canal. Côté injection (canal 1), on a U 1 = 4.5 m.s −1 et Re 1 = 17700.
Côté aspiration (canal 2), on a U 2 = 2.26 m.s −1 et Re 2 = 8900. La différence de pression entre les deux
canaux est ∆P = P 2 −P 1 = 42 Pa. Aucune mesure de débit n’est disponible. Aussi, les caractéristiques
du jet ont été basées sur le maximum de module vitesse mesuré juste au-dessus de la perforation. Cette
vitesse est de 8 m.s −1 . Basés sur cette vitesse, le taux de soufflage et le nombre de Reynolds du jet sont
respectivement de 1.78 et 2600.
La description détaillée des résultats expérimentaux de Miron (2005) répond à deux objectifs : a) le
caractère isotherme et grande échelle mis à part, ce dispositif expérimental est celui qui correspond le
mieux aux caractéristiques de la multi-perforation dans les turbines à gaz réelles. Ces résultats permettent
donc de se représenter ce qu’est l’aérodynamique de l’écoulement près d’une paroi multi-perforée, du
côté injection de la plaque. D’autre part, ces mesures ont servi de référence à une série de simulations
effectuées dans cette thèse. Leur description permet donc de se familiariser avec des données qui seront
réutilisées dans ce document à plusieurs reprises.
Deux séries de profils seront présentées pour cette expérience. La première montre l’évolution des
profils de vitesse immédiatement en aval des jets en fonction de la rangée considérée. Les profils sont
mesurés côté injection, 2.92 d en aval du jet central des rangées 5, 7, 9 et 11, depuis la paroi (y = 0)
jusqu’au centre du canal 1 (y = 12 d). Les positions de mesure sont reportées sur la figure 2.9. Les
symboles utilisés sont ceux des profils tracés en figure 2.10. On est ici dans la zone dite « établie ».
Les profils de vitesse longitudinale moyenne U (figure 2.10a) montrent une forme caractéristique des
écoulements de multi-perforation. A environ y = d, un pic très net marque la présence du jet issu de
la perforation située en amont. La position du jet ne bouge pas suivant les rangées. De même, de la
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