Aerothermal characterization of a surface oil heat exchanger for new generation turbofans under realistic flow conditions

Abstract

[ES] En los motores turbofán de última generación, una nueva forma de reducir la temperatura del aceite utilizado para lubricar y refrigerar distintos componentes es crucial. El reto se vuelve más necesario y complicado debido a una mayor demanda de refrigeración y una menor cantidad de sumideros de temperatura en el motor. En este TFM se propone el uso de un intercambiador de aletas aire-aceite, SACOC por sus siglas en inglés, colocado en el flujo secundario del turbofán. Para ello, se ha diseñado una instalación experimental que reproduce de manera fiable las condiciones de velocidad del flujo en el bypass mediante el uso de una pantalla de distorsión impresa en 3D. La caracterización del intercambiador se realiza mediante medidas termo-aerodinámicas en la zona del aire, usando técnicas tanto intrusivas (sondas Kiel, termopares) como ópticas (LDA, termografía infrarroja, Schlieren), así como medidas térmicas en la zona del aceite. En general, las medidas concuerdan entre sí y se corresponden con valores representativos de este tipo de tecnología. Este proyecto deja la puerta abierta a estudios de nuevas geometrías de intercambiadores, que incrementen la capacidad de extraer calor del aceite, perturbando el aire lo menos posible.

[EN] In state-of-the-art turbofans, a new way to reduce the temperature of the oil used to lubricate and refrigerate different components is crucial. This challenge becomes even more needed and complicated due to a higher demand in refrigeration and a lower number of heat sinks in the engine. In this thesis, a surface air-cooler oil-cooled, SACOC, heat exchanger to be placed in the secondary flow of turbofans is proposed. To this end, a bespoke experimental facility that reproduces typical velocity distributions reliably by means of 3D printed distortion screens has been designed. The exchanger characterization is carried out with aerothermal measurements in the air region, using both intrusive (Kiel probes, thermocouples) and optical techniques (LDA, infrared thermography, Schlieren), as well as thermal measurements in the oil side. Overall, measurements match each other and correspond to representative values for this kind of technology. This project leaves the door open to the study of new exchanger geometries that increase the capacity of extracting heat from the oil, disturbing as less as possible the air side.