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

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

• Auteur / Autrice : Gustavo Arroyo Callejo
• Direction : Pierre Millan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et transferts
• Date : Soutenance le 03/05/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Énergétique et dynamique des fluides (Toulouse, Haute-Garonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales (Toulouse, Haute-Garonne). Département Modèles pour l’Aérodynamique et l’Energétique (DMAE)
• Jury : Président / Présidente : Franck Nicoud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tony Arts, Didier Saury, François Leglaye, Emmanuel Laroche
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascal Bruel, Jérôme Bellettre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermique

Modélisation CFD

Mots clés libres

Cfd

Thermique

Modélisation

Multiperforation

Giration

Zdes

Cfd

Thermal modeling

Effusion cooling

Compound angle injection

Zdes

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.

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.