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L’ÉCOULEMENT AUTOUR D’UNE PAROI MULTI-PERFORÉE
concerne la multi-perforation. Quelques vues sont présentées dans Errera & Chemin (2004), mais le but
de la publication est l’étude du couplage fluide-structure, et le maillage utilisé est grossier. Les études
expérimentales ne fournissent pas de données concernant le trou et les études RANS disponibles (Papanicolaou
et al., 2001; Harrington et al., 2001) se focalisent sur l’écoulement à l’extérieur. Des informations
sur l’écoulement dans la perforation sont cependant disponibles dans les études de refroidissement
d’aubes de turbines (peu de perforations). La plupart de ces travaux sont des études RANS (Leylek &
Zerkle, 1994; Walters & Leylek, 1997, 2000; Azzi & Lakehal, 2002; Medic & Durbin, 2002; Miao &
Ching, 2006) qui visent principalement à démontrer la capacité des codes à reproduire des écoulements
de refroidissement au travers de perforations. Walters & Leylek (1997) prétendent que les erreurs de
prédiction dans le cas du refroidissement par injection d’air à travers de perforations est trop souvent
attribué au modèle k − ɛ : ils soutiennent, à juste titre, qu’avant d’incriminer le modèle de turbulence,
il est indispensable de simuler toute la géométrie, d’utiliser un maillage correct etc. Toutefois, Medic &
Durbin (2002) ou Azzi & Lakehal (2002) montrent les limites des modèles simples de type k − ɛ ou
k − ω standards, et proposent des modèles de turbulence mieux adaptés. De même, Muldoon & Acharya
(2006) réalisent des SND de jets inclinés pour proposer des améliorations simples au modèle k − ɛ afin
que ce modèle soit prédictif pour les simulations de refroidissement d’aubes de turbine.
Pour une rangée de perforations, Iourokina & Lele (2006); Peet (2006) montrent des résultats de
SGE (avec des perforations inclinées à 35 ◦ ). Par rapport à la configuration de multi-perforation qui nous
intéresse, outre le nombre de perforations, une différence importante de ces études réside dans l’absence
d’écoulement principal côté aspiration. Les implications possibles de cette différence ne sont pas claires.
L’écoulement à l’intérieur des perforations se caractérise tout d’abord par un important décollement
au niveau du coin aval de l’entrée de la perforation. Dû au fort gradient de pression de part et d’autre
de la paroi, l’écoulement entre dans la perforation avec une importante composante verticale, d’où le
décollement observé figure 2.22. Dans l’étude de Peet (2006), l’angle des trajectoires atteint 135 ◦ au
niveau du décollement. L’écoulement dans le trou se sépare en deux régions. Leylek & Zerkle (1994)
définissent ainsi une région de jet, au niveau de la paroi amont du trou, et une région de basse vitesse,
près de la partie aval de la perforation. C’est ce que l’on observe également figure 2.22, sur les plans de
coupe en travers du jet. De plus, cette vue fait apparaître une caractéristique importante de l’écoulement à
l’intérieur des perforations. Dans la zone de basse vitesse se forme une paire de tourbillons contrarotatifs
orientés dans la direction du jet. C’est exactement la structure qu’observent Walters & Leylek (1997) : la
structure du jet est reportée figure 2.23. L’action des tourbillons à l’intérieur de la perforation modifie la
forme du jet. Près de la sortie, le jet présente déjà une forme en fer à cheval, ressemblant à celle observée
côté injection. Le plan d’entrée, visible au centre de la figure 2.22, est reproduit à droite : il montre
le champ de vitesse verticale. Au niveau du plan d’entrée, des fortes vitesses verticales sont observées
près du coin aval de la perforation. A cet endroit, le fluide entrant dans la perforation subit une forte
accélération verticale, due au contournement du coin aigu. Ces données sont obtenues sans écoulement
côté aspiration. On voit sur la figure 2.22 les lignes de courant venir de toutes les directions avant d’entrer
dans la perforation. L’écoulement côté aspiration est susceptible de modifier cette organisation. C’est ce
que montrent Brundage et al. (1999) en changeant le sens de l’écoulement nourrissant la perforation.
La structure instantanée de l’écoulement est décrite par Iourokina & Lele (2006) et Peet (2006). La
figure 2.24, tirée de la thèse de Peet (2006), montre le champ de module de vitesse instantanée dans les
perforations, ainsi que des lignes de courant. Dans la zone séparant le jet et la région de basse vitesse
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