Du fait de la température élevée atteinte dans les chambres de combustion, les étages de turbine doivent être refroidis. les constructeurs de moteurs d'avions doivent disposer de programmes de calcul aérothermodynamiques pour optimiser le refroidissement par film des aubages. Un modèle de turbulence simplifie, valable pour les écoulements périodiques dans les rangées de jets tridimensionnels a été développé dans le cadre d'un modèle k-epsilon bidimensionnel. L’effet des jets de refroidissement est pris en compte a la fois de manière implicite par une formulation en moyenne d'espace, et de manière explicite par l'introduction de termes-source dans les équations. Les résultats du modèle, tensions de Reynolds, flux thermique turbulent, ont été compares a des résultats dans un cas d'écoulement se développant le long d'une plaque plane avec une rangée simple de jets pariétaux. Ces comparaisons montrent un bon accord dans les zones éloignées du sillage immédiat du jet

L'objectif de cette thèse est le développement d'un modèle de calcul de l'écoulement visqueux se développant sur une aube de turbine en présence de film de refroidissement. Le refroidissement des étages haute pression des turbines aéronautiques est assuré par des injections discrètes de fluide froid à la paroi des éléments les constituant. La puissance actuelle des calculateurs ne permet pas un calcul complet de tels écoulements. Nous avons développé un modèle de calcul de l'écoulement visqueux se développant sur une aube de turbine en présence d'une ou plusieurs rangées de jets discrets. La périodicité de l'écoulement est utilisée pour réaliser un couplage entre un calcul de l'écoulement moyen transversal et un moèle de calcul de jets. Les équations tridimensionnelles sont integrées spatialement sur la distance séparant deux jets consécutifs. Des équations bidimensionnelles, moyennes en espace, sont obtenues. Elles contiennent des termes sources traduisant la présence des jets. Les termes sources sont determinés à l'aide du modèle de calcul de jets. Réciproquement, l'écoulement transversal, nécessaire à la réalisation du calcul de jets, est déduit du calcul de l'écoulement moyen. Les résultats présentés montrent que le comportement global d'un jet unique est correctement reproduit par le modèle. L'application de la méthode au traitement d'une rangée de jets se développant sur plaque plane permet d'obtenir le champ de vitesse tridimensionnel de l'écoulement. Cependant les limites de la méthode, notamment sur le plan thermique sont clairement mises en évidence. Enfin, l'évolution géometrique des jets disposés en rangée sur l'extrados d'une aube de turbine est correctement reproduite par le calcul

DANS LES AUBAGES DE TURBINES DE MOTEURS D'AVIONS, LES COUCHES VISQUEUSES QUI SE DEVELOPPENT AUTOUR DES PAROIS PEUVENT ETRE LAMINAIRES, TRANSITIONNELLES OU TURBULENTES. L'INFLUENCE DE L'ETAT DES COUCHES LIMITES SUR LES ECHANGES PARIETAUX PAR EXEMPLE, A MONTRE LA NECESSITE D'UNE DESCRIPTION CORRECTE D'UN ECOULEMENT LE LONG D'UNE AUBE DE TURBINE ET DONC DE LA PREVISION DE LA TRANSITION. CETTE ETUDE PROPOSE, DANS UN PREMIER TEMPS, APRES LA DESCRIPTION DE LA MODELISATION D'UN ECOULEMENT DANS UNE TURBINE SUIVANT UNE APPROCHE QUASI-TRIDIMENSIONNELLE, L'ETUDE NUMERIQUE DE DIFFERENTES METHODES DE PREVISION DE LA TRANSITION DANS UNE APPROCHE COUCHE LIMITE DE L'ECOULEMENT. DES CONCLUSIONS ISSUES DE L'ETUDE PRECEDENTE, UNE MODELISATION DE LA TRANSITION EST CONSTRUITE ET ADAPTEE A LA DESCRIPTION COMPLETE DE L'ECOULEMENT AUTOUR D'UNE AUBE DE TURBINE

L'EXPERIENCE REALISEE EN GRILLE PLANE DE TURBINE MET EN EVIDENCE LES PHENOMENES D'ECOULEMENTS SECONDAIRES. ON ETUDIE L'INFLUENCE AERODYNAMIQUE D'UN REFROIDISSEMENT DE PLATEFORME PAR EJECTION DISCRETE DE FLUIDE A LA PAROI, SUR LE DEVELOPPEMENT DES ECOULEMENTS SECONDAIRES. MESURES COMPLETES ET DETAILLEES DES VITESSES (MODULE ET DIRECTION) DES PRESSIONS STATIQUES ET D'ARRET, DES TRAJECTOIRES DES JETS (MARQUAGE THERMIQUE). VALIDATION D'UNE METHODE DE CALCUL DES ECOULEMENTS SECONDAIRES

Les concepteurs de moteurs aéronautiques sont constamment sujets à la demande d'augmentation de puissance de la part des constructeurs d'aéronefs. Pour satisfaire à cette exigence, la température de sortie de la chambre de combustion peut être augmentée pour améliorer le rendement et la puissance de sortie du moteur. Cette élévation de température peut toutefois dépasser le point de fusion du matériau et, pour éviter les pannes de moteur, l'intégrité des aubes de la turbine repose notamment sur des systèmes de refroidissement internes,prélevant de l'air froid du compresseur. La conception de ces systèmes revient donc à maximiser l'amélioration du transfert de chaleur tout en minimisant le débit d'air via les pertes de charge afin d'éviter des pénalités de puissance du moteur. Or ces écoulements en canaux internes sont encore largement incontrôlés et mal compris. Dans le but de mieux comprendre ces écoulements en rotation se développant spatialement, ce travail porte sur l'étude via simulations numériques d'un canal de refroidissement droit, perturbé, en rotation. La configuration consiste en un canal carré équipé de 8 perturbateurs placés avec un angle de 90 degrés par rapport à l'écoulement principal. Pour les cas étudiés, des mesures PIV temporelles ont été effectuées à l'Institut VanKarman (VKI). Les conditions adiabatiques et isothermes ont été étudiées pour évaluer l'impact dela température de la paroi sur l'écoulement, en particulier dans les configurations en rotation. Les canaux statiques ainsi qu'en rotation positive et négative sont comparés avec, dans chaque cas,une prédiction d'écoulement adiabatique ou isotherme. Dans ce travail, les résultats de simulations aux grandes échelles (SGE) montrent que le modèle CFD haute fidélité est capable de reproduire les différences induites par la flottabilité sur la topologie de l'écoulement dans la région proche. Le modèle parvient également à prévoir l'augmentation (la diminution) de la turbulence autour des perturbateurs en rotation déstabilisante (stabilisante). Enfin et grâce à la SGE spatiale et temporelle complète, le développement spatial et l'instationnarité des écoulements secondaires sont analysés pour mieux comprendre leur origine et leurs différences potentielles entre les cas. Cette étude montre que la topologie du flux thermique en parois est déterminée par la structure des écoulements secondaires alors que l'intensité du flux thermique aux parois est déterminée par le niveau de fluctuations de l'écoulement dans l'espace interperturbateur.

L'amélioration des performances et des rendements de turboréacteurs passe par l'augmentation de la température des gaz de la chambre de combustion. Les éléments en aval de la chambre de combustion sont soumis à de fortes contraintes thermiques. Ainsi, les aubes de turbines basse pression possèdent plusieurs systèmes de refroidissement dont l'impact de jet. Les cas d'études de cette technique sont simplifiés et contrastent avec les géométries complexes de l'application industrielle de l'impact de jets aux aubes de turbine. Nous nous sommes intéressés à une injection à travers une paroi fine et alimentée par un écoulement amont cisaillant, afin d'être plus proche du cas réel. Notre étude comprend trois parties se basant sur ce type d'injection, pour lesquelles nous avons cherché à déterminer expérimentalement les coefficients d'échange de chaleur convectif. La première partie comprend des mesures expérimentales de vitesse par PIV et de température par caméra infrarouge, pour une configuration de jet unique en impact sur une plaque plane. Cette partie est représentative de la zone intrados/extrados d'une aube de turbine. Dans un deuxième temps on s'intéresse à l'influence de la courbure sur les échanges de chaleur d'une rangée de jets sur une paroi concave, représentant la situation au bord d'attaque. Dans un dernier temps, nous nous sommes intéressés à une configuration plus complexe, un modèle simplifié et agrandi d'une aube basse pression formé d'une partie courbe refroidie par neuf orifices et de deux parties planes refroidies chacune par trois rangées de cinq trous. Les paramètres de l'étude sont notamment la distance d'impact et les nombres de Reynolds des jets et de l'écoulement cisaillant en amont de l'injection.

Etude du refroidissement par injection des grilles d'aubes de turbines ou de turbomachines. Etude expérimentale de l'aérodynamique.