Refroidissement des parois de chambre de combustion par multiperforations

Abstract

[ES] El trabajo realizado pertenece al proyecto europeo SOPRANO. Uno de los objetivos principales de SOPRANO es la reducción de substancias contaminantes producidas por los motores aeronáuticos. Toda la información pertinente del proyecto se encuentra en la página web http ://www.soprano-h2020.eu/ Particularmente, el centro ONERA en Toulouse está a cargo del estudio del flujo generado dentro de una cámara de combustión multiperforada.

El objetivo de este trabajo consiste en el estudio del campo de velocidad dentro un banco de ensayos donde se encuentra una placa multiperforada. Se pueden distinguir claramente dos flujos: un flujo primario que se desplaza a lo largo del banco de ensayos y un flujo secundario que entre al banco de ensayos a través de las multiperforaciones de la placa. Para conocer el campo de velocidad, la técnica PIV ha sido utilizada. Se han llevado a cabo dos análisis diversos: un estudio de la velocidad sobre planos longitudinales del banco de ensayo y otro estudio sobre planos transversales. Además, a fin de comparar los resultados experimentales, varias simulaciones numéricas han sido realizadas.

Los resultados obtenidos evidencian la presencia de torbellinos contra-rotativos en el flujo secundario y de una capa de aire protectora próxima de la pared de la placa multiperforada. Los torbellinos contra-rotativos tienen una potencia importante, ya que son capaces de desviar el flujo primario y modificar su trayectoria. Ellos son responsables de reducir la eficiencia aislante de la capa de aire pues conducen el flujo primario hacia la placa multiperforada. Por otro lado, el flujo secundario induce una velocidad debida a la orientación de los agujeros que favorece la creación de esta capa de aire protectora. Finalmente, una comparación entre los resultados experimentales y numéricos ha sido llevada a cabo. Esta permite analizar las características más importantes del flujo desde dos puntos de vista diferentes.

[EN] This work belongs to SOPRANO project (SOot Processes and Radiation in Aeronautical inNOvate combustors). Decreasing the number of pollutant particles generated by the aeronautical engines is one of the main purposes of SOPRANO. All relevant information is available on http ://www.soprano-h2020.eu/ The ONERA centre in Toulouse collaborates in this project and it is in charge of the fluid analysis in multiperforated combustion chambers.

The main goal of this work is to know the velocity field inside a workbench built by ONERA where a multiperforated plate is placed. There are two different flows in this workbench: a primary flow moving over the multiperforated plate and a secondary flow which meets the primary flow through the multiperforated plate. PIV technique is applied in order to know the velocity field on several transversal and longitudinal plans. On the other hand, some numerical simulations are done for a better understanding of the phenomena.

The main results show the presence of contra-rotative tourbillons and an air boundary which protects the multiperforated plate. Contra-rotative tourbillons have enough energy to deviate and modify the primary flow s trajectory. They are responsible of reducing the isolating efficiency of that air boundary, because they bring the primary flow to the multiperforated plate. Furthermore, the secondary flow has a velocity due to its orientation that it helps to create the protector air boundary. Finally, a comparison between results is done and it allows to visualize the flow characteristics in the multiperforated combustion chamber configuration.

[FR] Le travail réalisé appartient au projet SOPRANO (SOot Processes and Radiation in Aeronautical inNOvate combustors). La réduction des substances polluantes produites par les moteurs aéronautiques est un de ses objectifs principaux. Toute l’information pertinente se trouve sur le site : http ://www.soprano-h2020.eu/ Plus particulièrement, le centre ONERA à Toulouse est en charge de l’étude des écoulements générés dans une configuration de chambre de combustion multiperforée. L’objectif de ce travail est l’étude du champ de vitesse dans une veine rectangulaire dans laquelle se trouve une plaque plane multiperforée. Deux écoulements sont clairement visibles : un écoulement principal/primaire qui se déplace au sein de la veine et un écoulement secondaire sortant (les jets) à travers des différents trous de la plaque multiperforée. Afin de connaître le champ de vitesse, la technique de Particle Image Velocimetry (PIV) est utilisée. Deux analyses sont mises en œuvre : une étude de la vitesse sur des plans longitudinaux de la veine et une autre sur des plans transversaux. De même, en vue de comparer les résultats expérimentaux, des simulations numériques sont réalisées. Remarquons au passage que le but du refroidissement est toujours d’isoler la plaque du débit primaire. Les principaux résultats obtenus mettent en évidence la présence de tourbillons contrarotatifs et d’une couche d’air protectrice proche de la plaque multiperforée. Les tourbillons contrarotatifs ont une puissance suffisante pour dévier l’écoulement principal et modifier sa trajectoire. Ils sont responsables de la réduction du caractère isolant de la couche d’air, puisqu’ils ramènent l’écoulement principal vers la plaque multiperforée. D’un autre côté, les jets induisent une vitesse qui favorise la création d’une couche protectrice giratoire due à son orientation. Finalement, une comparaison entre les résultats expérimentaux et numériques a été réalisée. Ceci permet d’analyser les principales caractéristiques de l’écoulement d’un point de vue expérimental et numérique.