Étude aérothermique sur le bord de fuite des aubes turbine

Abstract

Résumé Les températures imposées aux aubes des premiers étages de turbines sont généralement très élevées, celles-ci exposent ces dernières à des effets thermiques néfastes poussant les constructeurs continuellement à améliorer les techniques de refroidissement des aubes. Cette tache se trouve conditionnée par une bonne et profonde compréhension du phénomène de transfert de chaleur dans les aubes de turbines. En effet il s’agit en premier lieu du mode de refroidissement interne qui continue toujours à avoir un intérêt. Dans cette technique plusieurs paramètres sont pris en considération tel que les paramètres aérothermiques et géométriques qui seraient capables d’apporter des améliorations au refroidissement des aubes (l’amélioration du niveau d’échange thermique entre le fluide et la paroi pour une surface d’échange fixée, l’emplacement et l’espacement des perturbateurs, leur inclinaison). D’autre part, avec l’avancement de l’état technologique, on distingue en deuxième lieu le mode de refroidissement externe où l’aube est trouée en plusieurs rangées constituant ainsi des trous d’éjection du flux froid. La présente étude s’intéresse à la simulation numérique de l’écoulement avec l’échange (transfert) de chaleur dans les aubes des turbines hautes pression (zone de bord de fuite). Pour cela, nous avons réalisé un programme de calcul (1D) par la méthode des éléments finis écrit sous MATLAB pour la simulation des modes de refroidissement interne et externe avec des différentes corrélations semi-empiriques. D’autre part, nous avons mené une étude de simulation (2D et 3D) conduites au moyen du code FLUENT (model ANSYS.13), où la turbulence est prise en compte à l’aide des modèles de turbulence (k-ε), avec l’approche réalisable. Enfin, les résultats obtenus par le programme de calcul MATLAB sont bien comparables avec ceux obtenus par la simulation numérique (2D FLUENT).

Abstract

The temperatures imposed at dawns of the first stages of turbines are generally very high, those continuously expose these last to harmful heating effects pushing the manufacturers to improve the techniques of cooling of the paddles. This spot is conditioned by good and deep comprehension of the phenomenon of transfer of heat in the turbine blades. Indeed it is initially about the internal mode of cooling which always continues to have an interest. In this technique several parameters are taken into account such as the aero-thermic and geometrical parameters which would be able to make improvements to the cooling of the paddles (improvement of the level of heat exchange between the fluid and the wall for a heat-transferring surface fixed, the site and the spacing of the disturbers, their slope). In addition, with the advance of the technological state, one distinguishes