Étude de la réponse d'un écoulement avec transfert pariétal de masse à un forçage acoustique : application au refroidissement des chambres de combustion aéronautiques

Study of the response of flows with mass transfer at the wall to an acoustic forcing with application to the cooling of aero engine combustion chambers

• Auteur / Autrice : Juan Luis Florenciano Merino
• Direction : Pascal Bruel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des Fluides et Combustion
• Date : Soutenance le 12/07/2013
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles acoustiques

Jets pariétaux

Refroidissement

Turbines à gaz

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Jet en écoulement transverse (JICF)

Forçage acoustique (AF)

Vélocimétrie par image de particules (PIV)

Vélocimétrie laser Doppler (LDV)

Simulations aux grandes échelles (LES / AVBP)

Jet in crossflow (JICF)

Acoustic forcing (AF)

Particle Image Velocimetry (PIV)

Laser Doppler Velocimetry (LDV)

Large eddy simulations (LES / AVBP)

Résumé

L’étude présentée dans cette thèse relève de la mécanique des fluides expérimentale et numérique appliquée aux écoulements pariétaux de refroidissement de chambres de combustion aéronautiques. En présence de phénomènes thermo-acoustiques, comme les instabilités de combustion, il est important d’évaluer si les capacités de l’écoulement pariétal à protéger les parois de chambre restent suffisantes. C’est ainsi que nous nous sommes intéressés aux écoulements de paroi multiperforée soumis à une excitation acoustique. Dans ce but, le banc d’essais MAVERIC a été amélioré grâce à l’installation d’un système qui permet de forcer acoustiquement l’écoulement transverse dans lequel les jets pariétaux débouchent. Nous avons pu alors mettre en évidence la forte sensibilité de ce type d’écoulements à l’excitation acoustique. Le bon accord entre les résultats expérimentaux et les simulations numériques aux grandes échelles (LES) effectuées est très encourageant dans le cas d’un forçage par onde stationnaire. Le forçage par onde progressive, étudié uniquement par simulations numériques, s’est révélé être capable de modifier significativement la topologie de l’écoulement. Enfin, à partir de l’outil numérique AVBP-AVTP qui permet le couplage de calculs fluide-solide, nous avons réalisé une étude de l’influence de la présence d’une excitation acoustique sur le comportement thermique de l’écoulement autour d’une paroi multiperforée de chambre de combustion.

This experimental and numerical study in the field of fluid mechanics deals with jets-in cross flow configurations that are relevant for the cooling of aero engine combustion chambers. Indeed, in presence of instabilities it is important to determine to which extent the film cooling is able to do its job of preserving the combustion chamber walls from the thermal load. The test facility MAVERIC has been upgraded in order to acoustically force the crossflow in which the jets are discharging. The strong sensitivity of the overall flow unsteady properties to the presence of the acoustic forcing has been clearly evidenced. The agreement between the experimental results and large-eddy simulations proved to be quite encouraging for a stationary acoustic wave whereas the case of a propagating acoustic wave investigated only numerically reveals also quite a significant change of the flow topology. In this context, the effect of the acoustic forcing on the wall thermal behavior has been analyzed thanks to the use of the fluid-solid coupled AVBP-AVTP solver.