Influence des effets radiatifs sur les écoulements de convection dans un compresseur HP de turbomachine

Influence of radiative effects on buoyancy-induced flows in high-pressure compressor inter-disk cavities

• Auteur / Autrice : Ahmed Hodaib
• Direction : Anthony Randriamampianina, Isabelle Raspo, Stéphane Viazzo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Energétique
• Date : Soutenance le 15/03/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences pour l'ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2) (Marseille, Aix-en-Provence)
• Partenaire(s) de recherche : Ecole centrale : École centrale de Marseille (2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Sagaut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Abide, Innocent Mutabazi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Artur Tyliszczak, Gary D. Lock

Mots clés

Mots clés contrôlés

Avions -- Moteurs

Transfert radiatif

Convection de Rayleigh-Bénard

Écoulement laminaire

Compresseurs

Aérodynamique

Mécanique des fluides

Énergie

Mots clés libres

Systèmes en rotation

Convection de Poiseuille-Rayleigh-Bénard

Approximation à faible nombre de Mach

Décomposition de domaine

Schémas compacts d’ordre élevé

Échange thermique radiatif

Calcul parallèle

Rotating flows

Poiseuille-Rayleigh-Bénard Convection

Low Mach number approximation

Domain decomposition

Higher-Order compact schemes

Radiative heat transfer

Parallel computing

Buoyancy-Induced flows

Résumé

Dans les moteurs d'avion, un flux secondaire d'air est prélevé du compresseur et sert à refroidir les disques de turbine. Ce flux traverse les cavités du rotor du compresseur haute-pression et génère un flux convectif instationnaire, tridimensionnel et instable. De plus, le flux et le transfert de chaleur deviennent fortement couplés. Une meilleure compréhension de la structure de cet écoulement et le transfert de chaleur associé est essentielle, car il affecte les performances du moteur. Un solveur 3D parallélisé basé sur l'approximation à faible nombre de Mach est développé en considérant la conduction et le rayonnement. Les résultats révèlent une instabilité de type Rayleigh-Bénard, ce qui est cohérent avec les observations expérimentales précédentes. Il a ensuite été montré que l'effet du rayonnement n'est pas négligeable, puisque les nombres de Nusselt des disques changent de manière significative. Ces résultats apportent une meilleure compréhension de ce flux complexe

In aircraft engines, a secondary air flow is bled from the intermediate compressor stage, and is used to cool the turbine disks. This flow passes through the high pressure compressor rotor cavities, and generates an unsteady, three-dimensional, and unstable convective flow. In addition, the flow and the heat transfer become strongly coupled. A better understanding of this flow is essential, since it affects the engine performance. A parallelised 3D solver based on the low Mach number approximation is developed to study the flow structure and the associated heat transfer, considering conductive and radiative thermal exchanges. The results reveal that the flow exhibits a Rayleigh-Bénard-like instability, which is consistent with previous experimental observations. It was then shown that the effect of surface radiation is not negligible, where the disk Nusselt numbers change significantly. These findings bring a better understanding of this complex flow