Modélisation thermique avancée d’une paroi multiperforée de chambre de combustion aéronautique avec dilution giratoire

par Gustavo Arroyo Callejo

Thèse de doctorat en Energétique et transferts

Sous la direction de Pierre Millan.

Soutenue le 03-05-2016

à Toulouse, ISAE , dans le cadre de École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse) , en partenariat avec Équipe d'accueil doctoral Énergétique et dynamique des fluides (Toulouse, Haute-Garonne) (équipe de recherche) et de Office national d'études et recherches aérospatiales (Toulouse, Haute-Garonne). Département Modèles pour l’Aérodynamique et l’Energétique (DMAE) (laboratoire) .

Le président du jury était Franck Nicoud.

Le jury était composé de Tony Arts, Didier Saury, François Leglaye, Emmanuel Laroche.

Les rapporteurs étaient Pascal Bruel, Jérôme Bellettre.

mots clés

• Cfd
• Thermique
• Modélisation
• Multiperforation
• Giration
• Zdes
• Modélisation CFD
• Thermique

Résumé

Dans la chambre de combustion, les températures auxquelles les parois sont soumises sont supérieures aux températures de fusion des matériaux. Afin de protéger les parois, une partie de l'air froid provenant du compresseur est injectée par des milliers de perforations (multiperforation). Cependant, face à l'enjeu de la pollution, les motoristes considèrent des solutions qui limitent la quantité d'air disponible pour le refroidissement. Son optimisation s'avère donc capital. Néanmoins, la très petite taille des perforations rend les simulations numériques coûteuses, et des modèles homogènes permettant de s'affranchir du maillage des trous ont gagné de l'importance. De plus, des études récentes ont mis en évidence l'intérêt d'une injection d'air de refroidissement non-alignée avec l'écoulement chaud (solution baptisée dilution giratoire). Cette thèse se propose, d'une part de développer un modèle homogène adapté à ce type nouveau d'injection et d'autre part de contribuer à la compréhension de la multiperforation giratoire.

mots clés

• Cfd
• Thermal modeling
• Effusion cooling
• Compound angle injection
• Zdes

Titre traduit

Advanced Thermal Modeling of Multiperforated Plates of Jet-Engine Combustion Chambers With Compound Angle Injection

Résumé

Ln the combustion chamber, temperatures up to 2000K are reached, which exceeds by far the melting point of the liner materials. ln order to protect the liner, cool air from the combustion chamber outer casing is injected into the combustor through a large number of sub-millimeter closely-spaced holes (effusion cooling). However, strict environmental legislation has led jet-engine manufacturers to consider techniques that reduce the quantity of air available for cooling. Therefore, cooling system must be carefully designed. However, the size of the holes makes detailed numerical simulations unaffordable. Aerothermal models that mimic effusion cooling behavior are a promising solution. On the Other hand, up to now, far too little attention has been paid to a novel effusion cooling technique (compound angle effusion cooling), where cold air injection is not aligned With the hot air flow direction. The aim of this dissertation is twofold: to establish an effusion cooling model and to investigate the flow field of compound angle effusion cooling.