Etude des échanges convectifs en espace confiné le long d'une paroi multiperforée. Application au refroidissement des parois des chambres de combustion PDF Download
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Author: Brice Pètre
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Languages : fr
Pages : 223
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Book Description
DEPUIS L'APPARITION DES PREMIERS PROPULSEURS AERONAUTIQUES, LES MOTORISTES DESIREUX D'EN AMELIORER SANS CESSE LES PERFORMANCES, SONT CONFRONTES A D'IMPORTANTS PROBLEMES DE TENUE THERMIQUE DES DIFFERENTS ELEMENTS CONSTITUANT LE PROPULSEUR. L'ACCROISSEMENT DE CES PERFORMANCES PASSE PAR L'AUGMENTATION DE LA TEMPERATURE DES GAZ DE COMBUSTION. AINSI, IL EST NECESSAIRE DE PROTEGER LES PAROIS DE LA CHAMBRE DE COMBUSTION PAR UNE TECHNIQUE D'INJECTION D'AIR FRAIS AU TRAVERS DE MULTIPERFORATIONS TAPISSANT LA PAROI. CE TRAVAIL SE PROPOSE D'ETUDIER EXPERIMENTALEMENT LA CREATION DE LA COUCHE DE REFROIDISSEMENT EN FONCTION DU NOMBRE DE RANGEES DE TROUS D'INJECTION ET DU TAUX D'INJECTION M= IU I/ EU E POUR 3 CAS THERMIQUES DISTINCTS. CES CAS SONT FONCTION DES TEMPERATURES DES ECOULEMENTS PRINCIPAL T E ET INJECTE T E ET INJECTE T I ET DE LA DENSITE DE FLUX D I S S I DISSIPEE ELECTRIQUEMENT A LA PAROI. ILS PERMETTENT D'IMPOSER TOUS LES COMPORTEMENTS THERMIQUES POSSIBLES DE LA PAROI : ABSORBANTE, ATHERMANE OU EMETTRICE. ILS CONDUISENT A UN GRADIENT DE TEMPERATURE A LA PAROI QUI PEUT ETRE SOIT NEGATIF, SOIT NUL, SOIT POSITIF. CETTE ETUDE THERMIQUE PAR SONDAGE DE THERMOCOUPLE ET PAR THERMOGRAPHIE INFRAROUGE, COMPLETEE PAR UNE ETUDE AERODYNAMIQUE PAR PIV, A PERMIS DE DEFINIR UN NOMBRE MINIMUM DE RANGEES A PARTIR DUQUEL LA COUCHE DE REFROIDISSEMENT EST FORMEE. ELLE A PERMIS D'ETABLIR DEUX SCHEMAS CONVECTIFS DIFFERENTS ET CAPABLES DE MODELISER LES 3 CAS THERMIQUES POUR TOUS LES TAUX D'INJECTION. CES DEUX MODELISATIONS METTENT CHACUNE EN JEU DEUX COEFFICIENTS D'ECHANGE AVEC POUR TEMPERATURES DE REFERENCE CELLE DE L'ECOULEMENT ET CELLE DE L'INJECTION. ELLE A DE PLUS MONTRE L'IMPORTANCE DE L'INFLUENCE DES ECOULEMENTS MIS EN JEU SUR LES ECHANGES CONVECTIFS.
Author: Brice Pètre
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Languages : fr
Pages : 223
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Book Description
DEPUIS L'APPARITION DES PREMIERS PROPULSEURS AERONAUTIQUES, LES MOTORISTES DESIREUX D'EN AMELIORER SANS CESSE LES PERFORMANCES, SONT CONFRONTES A D'IMPORTANTS PROBLEMES DE TENUE THERMIQUE DES DIFFERENTS ELEMENTS CONSTITUANT LE PROPULSEUR. L'ACCROISSEMENT DE CES PERFORMANCES PASSE PAR L'AUGMENTATION DE LA TEMPERATURE DES GAZ DE COMBUSTION. AINSI, IL EST NECESSAIRE DE PROTEGER LES PAROIS DE LA CHAMBRE DE COMBUSTION PAR UNE TECHNIQUE D'INJECTION D'AIR FRAIS AU TRAVERS DE MULTIPERFORATIONS TAPISSANT LA PAROI. CE TRAVAIL SE PROPOSE D'ETUDIER EXPERIMENTALEMENT LA CREATION DE LA COUCHE DE REFROIDISSEMENT EN FONCTION DU NOMBRE DE RANGEES DE TROUS D'INJECTION ET DU TAUX D'INJECTION M= IU I/ EU E POUR 3 CAS THERMIQUES DISTINCTS. CES CAS SONT FONCTION DES TEMPERATURES DES ECOULEMENTS PRINCIPAL T E ET INJECTE T E ET INJECTE T I ET DE LA DENSITE DE FLUX D I S S I DISSIPEE ELECTRIQUEMENT A LA PAROI. ILS PERMETTENT D'IMPOSER TOUS LES COMPORTEMENTS THERMIQUES POSSIBLES DE LA PAROI : ABSORBANTE, ATHERMANE OU EMETTRICE. ILS CONDUISENT A UN GRADIENT DE TEMPERATURE A LA PAROI QUI PEUT ETRE SOIT NEGATIF, SOIT NUL, SOIT POSITIF. CETTE ETUDE THERMIQUE PAR SONDAGE DE THERMOCOUPLE ET PAR THERMOGRAPHIE INFRAROUGE, COMPLETEE PAR UNE ETUDE AERODYNAMIQUE PAR PIV, A PERMIS DE DEFINIR UN NOMBRE MINIMUM DE RANGEES A PARTIR DUQUEL LA COUCHE DE REFROIDISSEMENT EST FORMEE. ELLE A PERMIS D'ETABLIR DEUX SCHEMAS CONVECTIFS DIFFERENTS ET CAPABLES DE MODELISER LES 3 CAS THERMIQUES POUR TOUS LES TAUX D'INJECTION. CES DEUX MODELISATIONS METTENT CHACUNE EN JEU DEUX COEFFICIENTS D'ECHANGE AVEC POUR TEMPERATURES DE REFERENCE CELLE DE L'ECOULEMENT ET CELLE DE L'INJECTION. ELLE A DE PLUS MONTRE L'IMPORTANCE DE L'INFLUENCE DES ECOULEMENTS MIS EN JEU SUR LES ECHANGES CONVECTIFS.
Author: Awatef Messaadi
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Languages : fr
Pages : 232
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Une des méthodes utilisées pour le refroidissement des composants du turboréacteur est la multiperforation, elle consiste en une injection d'air froid à travers des orifices le long des parois. Notre travail consiste en une étude expérimentale sur une plaque plane à plusieurs rangées de trous, permettant l'injection d'air suivant un angle de 30ʿ. Deux études thermique et aérodynamique, ont permis de suivre la formation de la couche de refroidissement en fonction du taux d'injection et de l'ouverture successive des rangées. Différents cas thermiques permettent la modélisation des échanges convectifs. Deux modèles basés sur la superposition de deux échanges de chaleur conduisent à la détermination de deux couples de coefficients d'échange, un troisième modèle propose une formulation de la convection à travers un coefficient d'échange et une température de référence. L'analyse des variations de ces couples confirme les résultats acquis dans le fluide, sur la couche de refroidissement.
Author: Phu Hung Nguyen
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Languages : fr
Pages : 244
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Le développement de nouveaux concepts de chambre de combustion pour les moteurs aéronautiques a toujours pour objectif d'augmenter les performances, tout en réduisant l'émission des polluants produits par la combustion. Pour cela, il est nécessaire d'augmenter la température des gaz brûlés et donc de refroidir plus efficacement les parois de la chambre sans augmenter le prélèvement d'air de refroidissement. Dans ce contexte, nos travaux de thèse ont porté sur la technique de refroidissement de la paroi de chambre de combustion par multiperforation. La connaissance du comportement thermique de cette paroi est indispensable à l'optimisation de cette technique. Deux parties principales ont été développées : la première partie de nos travaux concerne l'étude expérimentale et numérique du transfert convectif d'un écoulement circulant dans un tube à entrée de type ‘‘rétrécissement brusque'' et à faible facteur de forme (l/d compris entre 1,5 et 13,5). Ces études nous permettent de mettre en évidence l'influence de chacun des paramètres géométriques (longueur et diamètre du tube) et aérodynamiques (vitesse et intensité turbulente de l'écoulement dans le tube) sur l'échange convectif et sur l'aérodynamique de l'écoulement dans une perforation. Le couplage entre thermique et aérodynamique a été identifié. Des corrélations pour déterminer le transfert convectif local et moyen dans la perforation ont été aussi établies. La seconde partie, purement numérique, a été consacrée à l'optimisation du refroidissement par multiperforation en déterminant la distribution des températures (maximale, minimale...) dans la paroi en fonction des différents paramètres géométriques (espacement entre les perforations, épaisseur de la paroi,...) et aérothermiques (températures et vitesses des écoulements,...). Cette paroi multiperforée est revêtue d'une couche de céramique sur la face en aval des perforations. Les perforations sont disposées en quinconce et orientées perpendiculairement à la surface. Les simulations sont effectuées en régime permanent et prennent en compte, entre autres, la condition limite dans la perforation obtenue dans la première partie de cette étude. Des corrélations sur les températures (maximale, minimale...) de la paroi multiperforée, essentielles pour dimensionner la paroi de chambre de combustion, ont été proposées.
Author: Minh Nhat Nguyen
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Languages : fr
Pages : 199
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Nos travaux portent sur la technique de refroidissement par multiperforation (film cooling) utilisée, par exemple, pour le refroidissement d'une paroi de chambre de combustion. Cette étude se décompose en deux parties : La première partie consiste en une étude expérimentale du film cooling dans les conditions de basses températures: 40°C pour l'écoulement principal et 20°C pour l'écoulement secondaire. Le taux de soufflage M est variable de 1 à 4. Le banc d'essais est composé d'une plaque comportant 81 orifices d'injection inclinés de 30° par rapport à la surface de la plaque. Dans un premier temps, nous avons étudié l'influence du taux de soufflage M et de l'ouverture des rangées d'injections sur la formation de la couche de refroidissement. Cette première étape a permis de déterminer une configuration de base. Cette configuration correspond au nombre de rangées minimal nécessaire à la formation de la couche de refroidissement. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'influence de deux paramètres géométriques sur le film cooling : l'espacement entre deux injections p/D=4, 8, 12 et l'espacement entre deux rangées ouvertes s/D=4, 8, 12. Les résultats obtenus ont montré que l'augmentation de l'espacement entre les injections entraîne d'une part, la diminution de l'efficacité adiabatique du refroidissement, d'autre-part la diminution des transferts de chaleur. Dans un dernier temps, l'objectif de nos travaux est l'optimisation du maintien de la couche de refroidissement. Pour cela, nous avons proposé l'ajout d'une zone d'injection supplémentaire à la suite de la configuration de base. Ainsi, nous avons trouvé que l'ouverture d'une seule rangée supplémentaire permettait d'améliorer l'efficacité du refroidissement quelle que soit la position de cette rangée par rapport à la zone d'injection de base. D'autre part, l'efficacité du film cooling s'améliore significativement à l'ouverture de trois rangées supplémentaires. Nous constatons un meilleur maintien de la couche de refroidissement par l'ajout de rangées adjacent à la configuration de base. La deuxième partie est consacrée aux études du refroidissement sur un banc d'essais quasi industriel, appelé banc Thalie. Ce banc d'essais permet de reproduire des conditions aérothermiques proches de celles rencontrées dans une chambre de combustion (température jusqu'à 1400K et pression jusqu'à 7.10 5 Pa). Cependant, ces conditions extrêmes n'autorisent pas l'application directe des techniques expérimentales développées à des conditions de températures et de pressions plus faibles. Aussi, l'objectif de cette partie expérimentale est de mener une étude de faisabilité sur une nouvelle technique de mesure. Pour cela, une technique de mesure en régime transitoire est proposée. Le principe de cette méthode est d'imposer un échelon de température sur l'écoulement primaire et de suivre l'évolution du champ de température de la paroi. Les coefficients d'échange entre la paroi et les écoulements sont identifiés en minimisant l'écart entre le champ de température mesuré par thermographie infrarouge et celui calculé par la résolution de l'équation de transfert de chaleur.
Author: Jacques Descoins
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Languages : fr
Pages : 395
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L'évaluation de la température d'un élément de paroi d'une chambre de combustion nécessite la connaissance des différents échanges conductifs, radiatifs et convectifs. En aval d'une injection de film pariétal, le calcul des échanges convectifs cote film passe par la détermination locale de la température adiabatique de paroi (ou efficacité) ainsi que du coefficient d'échange convectif local. Dans ce but, une chaine de thermographie infrarouge a été utilisée, permettant de mesurer des cartes de température de paroi. Une méthode de mesure de coefficient d'échange convectif local, sur paroi mince, à partir de l'évolution de la température locale de paroi en régime instationnaire, a été développée et validée sur des expériences en convection forcée sur plaque plane. L'étude du film pariétal à travers une fente a été réalisée sur un banc d'essais alimenté par deux écoulements d'air à vitesse et température variables. Les influences du rapport des vitesses des écoulements, de la préturbulence de l'écoulement principal et d'un gradient de pression longitudinal sur l'efficacité de film et le coefficient d'échange local ont été étudiées. L'ensemble des résultats est rassemblé sous forme de corrélations d'efficacité et de coefficient d'échange convectif.
Author: Anna Bykalyuk
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Languages : fr
Pages : 149
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De récentes études expérimentales ont montré que les valeurs usuelles du coefficient d'échange convectif sont différentes en présence de matériaux à changement de phase. Cette thèse de doctorat porte sur l'étude numérique des échanges convectifs fluide/paroi dans une cavité ouverte en régime dynamique. Plus précisément, les parois étudiées sont une paroi avec une capacité thermique et une paroi qui contient des matériaux à changement de phase. Trois modèles distincts ont été développés. Dans un premier temps un modèle (modèle 1) qui concerne l'interaction fluide-paroi à la surface d'une paroi résistive (temperature imposée) en régime laminaire stationnaire a été développé et validé. Les résultats ont été confrontés avec la littérature. Ensuite, les échanges convectifs à la surface d'une plaque capacitive (modèle 2) soumise à une rampe de température d'air ont été étudiés. Finalement, un troisième modèle (modèle 3) a été développé, à la suite du modèle 2. Ce dernier modèle concerne l'interaction fluide-paroi à la surface d'une paroi contenant des matériaux à changement de phase en régime dynamique. Les résultats obtenus révèlent des pics locaux du flux de chaleur au cours du temps. Ce fait témoigne du changement d'état à l'intérieur de la paroi qui contient le materiau à changement de phase. De plus, les courbes des coefficients d'échanges convectifs moyens révèlent la dépendance du coefficient d'echange convectif à la capacité thermique du materiau. Par conséquent, la présence des matériaux à changement de phase à l'intérieur d'une paroi influence l'évolution et la forme de la couche limite thermique.
Author: HONORE.. ANNDOH-YOBOUET
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Languages : fr
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Book Description
L'UN DES PROCEDES DE REFROIDISSEMENT DES PAROIS DE CHAMBRES DE COMBUSTION, LORSQUE CELLES-CI SONT POREUSES, CONSISTE A LES REFROIDIR PAR EFFUSION D'UN GAZ FROID S'ECOULANT DE L'EXTERIEUR VERS L'INTERIEUR. LE TRAVAIL CONSISTE A ANALYSER L'EFFICACITE D'UN TEL SYSTEME. UN MODELE D'ECOULEMENT A TRAVERS LA PAROI, BASE SUR UNE LOI DE TYPE BLASIUS ET RESOLU SELON LA METHODE DES DIFFERENCES FINIES, A ETE ELABORE. COMPARE A DIVERS MODELES DE LA LITTERATURE, IL A ETE VALIDE PAR DES EXPERIENCES DIVERSIFIEES QUANT A LA NATURE DU FLUIDE ET AUX CONDITIONS DE TEMPERATURE ET DE PRESSION. LE MODELE DE TRANSFERTS THERMIQUES A L'INTERIEUR DE LA PAROI UTILISE L'EQUATION DE L'ENERGIE ET UNE METHODE DE RESOLUTION AUX DIFFERENCES FINIES. IL PERMET D'ETUDIER LA SENSIBILITE DU PHENOMENE AUX DIVERS PARAMETRES. L'UN D'EUX, LE COEFFICIENT D'ECHANGE CONVECTIF INTERNE EST PREPONDERANT. SA VALEUR EST OBTENUE PAR DES CORRELATIONS SEMI-EMPIRIQUES ISSUES DE LA BIBLIOGRAPHIE OU PAR UNE METHODE EXPERIMENTALE INDIRECTE DELICATE A MENER DU FAIT DES PUISSANCES THERMIQUES IMPORTANTES A METTRE EN JEU. UNE MODELISATION SIMPLE DE LA COUCHE LIMITE, UTILISANT L'HYPOTHESE D'UNE COUCHE LAMINAIRE EN DEPLACEMENT PERPENDICULAIRE A LA PAROI, PERMET DE CALCULER LE FLUX THERMIQUE RECU A LA PAROI. UNE EPAISSEUR DE COUCHE LIMITE DE QUELQUES CENTIEMES DE MILLIMETRES SUFFIT A LIMITER CONSIDERABLEMENT LE FLUX. UN PROGRAMME DE CALCUL GLOBAL EST EXPLOITE POUR ANALYSER L'EFFICACITE DU MODELE DE REFROIDISSEMENT ETUDIE LORSQU'ON FAIT VARIER LES PARAMETRES ESSENTIELS: PRESSIONS AMONT ET AVAL DE LA PAROI, TEMPERATURES DES FLUIDES CHAUD ET FROID, NATURE DU MATERIAU, NATURE DU FLUIDE, COEFFICIENT DE CONVECTION INTERNE ET EPAISSEUR DE LA COUCHE LIMITE
Author: Damien David
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Languages : fr
Pages : 225
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Book Description
Les parois légères contenant des matériaux à changement de phase (MCP) constituent une solution au manque d’inertie des bâtiments à structure légère. Cependant, aucune valeur du coefficient d’échange convectif aux abords ce type de paroi n’a encore été déterminée afin de permettre la validation numérique de leur efficacité énergétique. C’est pourquoi une étude des échanges convectifs aux abords de parois MCP a été réalisée dans le cadre de cette thèse. La thèse comporte un volet théorique sur le couplage air / paroi en régime instationnaire, et un volet expérimental. Le volet théorique a permis de montrer que la capacité calorifique des parois légères de bâtiment est trop élevée pour que des phénomènes transitoire de type “effet de bord d’attaque" puisse se produire dans la couche limite. Un modèle simple basé sur la méthode de Von-Karmann Polhaussen a été développé afin de quantifier les effets d’une stratification thermique linéaire sur les profils de température à la paroi dans le cas d’une plaque plane verticale avec un flux constant. Le montage expérimental qui a été développé pour cette thèse a pour objectif d’imposer des rampes de température à l’air ambiant. La face arrière des parois test est isolée thermiquement. Le montage a été réalisé à partir de deux demi-caissons qui forment un cube isolé de 2; 4mde côté. 72 thermocouples ont été déployés dans le montage pour déterminer les flux et les températures à la surface de la paroi et dans l’air ambiant. Les mesures de flux à l’aide de fluxmètre présentant des incertitudes trop élevées, un modèle inverse.
