L’augmentation de l’efficacité des turbines fonctionnant sur un cycle de Brayton récupéré passe par l’augmentation de la température des gaz d’admission. Cependant, les pales métalliques doivent être massivement refroidies afin de supporter des températures dépassant les 1600 K. Une nouvelle configuration utilisant des pales en céramiques supportées par une jante de composite et un moyeu flexible supporte des températures de plus de 1600 K sans refroidir les pales. La configuration maintient les pales en compression durant la rotation de la turbine évitant le bris de la céramique lorsque soumise à la tension. La jante de composite ne doit pas dépasser 600 K, nécessitant un système de refroidissement. L’utilisation d’un refroidissement par film sur la paroi de bout de pales permet de réduire de 30 % le flux thermique traversant la paroi. Dans une configuration classique d’une turbine, les pales ne sont pas supportées par leur bout, faisant en sorte qu’aucune recherche ne porte sur le refroidissement par film de la paroi de bout de pales. Les multiples recherches faites sur le refroidissement par film des différentes composantes d’une turbine montrent que la rotation de la turbine et la courbure des surfaces à protéger influence l’efficacité du refroidissement par film.
Ce projet de maitrise vise à expliquer comment le champ centrifuge créé par la rotation de la turbine et la courbure de la paroi de bout de pales affectent le refroidissement par film. Une analyse de stabilité de gaz stratifiés, confinés entre deux parois et ayant une injection de gaz à l’une des parois explique théoriquement comment la vitesse des gaz, le champ centrifuge et la vitesse d’injection influencent la stabilité des gaz stratifiés. Le champ centrifuge augmente la plage de longueur d’onde de perturbations que peut tolérer le système sans être déstabilisé, alors qu’une différence de vitesse entre les gaz déstabilise le système. La vitesse d’injection doit être réduite au minimum puisqu’elle déstabilise le système. Les résultats de cette analyse ont été vérifiés expérimentalement dans un canal courbé. Les tests montrent que l’injection normale à l’écoulement ne permet pas de stratifier deux gaz, alors qu’une injection parallèle entraine une stratification qui prend plus de 37 𝑚𝑚 à se mélanger, soit plus du double de la longueur du rotor de la turbine étudiée dans ce projet. Cependant, en raison du couplage entre la vitesse des gaz et le champ centrifuge qu’impose un canal courbé, il est impossible d’observer l’effet du champ centrifuge et de la différence de vitesse entre les gaz indépendamment, indiquant la nécessité de concevoir un banc d’essai rotatif pour de futurs tests. Une analyse thermique du refroidissement par film de la paroi de bout de pales relie le flux thermique traversant la paroi au débit massique de gaz de refroidissement et à la température de la paroi. Cette analyse, fait le lien entre le refroidissement par film et le refroidissement par ailettes séparant la jante de composite de la paroi de bout de pales.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usherbrooke.ca/oai:savoirs.usherbrooke.ca:11143/11257 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Ebacher, Frédéric |
| Contributors | Picard, Mathieu, Brouillette, Martin |
| Publisher | Université de Sherbrooke |
| Source Sets | Université de Sherbrooke |
| Language | French, English |
| Detected Language | French |
| Type | Mémoire |
| Rights | © Frédéric Ebacher |
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