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Post Doc – Modélisation du refroidissement de turbine par ventilation en Simulations aux Grandes Echelles

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Niveau requis : PhD
Date de début : 3 décembre 2018
Rémunération : environ 2400 euros / mois

Contexte

Toute forme d’aéronef, qu’il soit militaire ou civil, repose aujourd’hui sur l’utilisation de turbines à gaz dont les performances et l’opérabilité restent limitées par la capacité de ses parties tournantes et de la chambre de combustion : i.e. la capacité d’un compresseur ou de la chambre de combustion à maintenir un écoulement sain sur une large gamme de points de fonctionnement.

La complexité de ces écoulements à forte dynamique générée par la forte giration pour le compresseur, la dynamique de flamme et l'acoustique pour la chambre de combustion, cumulé aux hauts nombres de Reynolds et les géométries complexes induit de réelles difficultés.  Que ce soit dans la prédiction du point de fonctionnement nominal de façon précise ou de l’enveloppe des points de fonctionnement garantissant l’opérabilité et la stabilité de la machine toute entière, i.e. la performance du composant, très peu d'outils permettent aujourd'hui d'adresser ce problème à l'échelle du moteur.

Description
L’apport du calcul haute performance couplé aux méthodes de simulations hautes fidélités telle que la simulation aux grandes échelles a toutefois récemment illustré son potentiel que ce soit pour les compresseurs, turbines ou les chambres de combustion. TurboAVBP, le code de Simulations aux Grandes Échelles (SGE ou LES en anglais) développé pour les applications tournantes et AVBP pour sa version dédiée aux écoulements réactifs, ont en effet démontré une capacité à traiter ces écoulements que ce soit pour un point nominal qu'instable dans les périmètres des compresseur axiaux, radiaux et turbine haute pression.

Simuler tous les détails géométriques de ces systèmes reste à l’heure actuelle hors de portée d’un point de vue coût de calcul et également temps humain pour générer les géométries et les maillages associés. Dans le contexte spécifique du refroidissement de turbine par film, une approche de modélisation des jets de refroidissement est envisagée. L'approche de travail repose sur la génération de bases de données obtenues via des SGE de diverses géométries de jet isolés à divers points de fonctionnement. En collaboration avec l’ONERA, des calculs RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) seront également conduits sur un certain nombre de cas pour évaluer l'écart de la modélisation industrielle standard aux SGE et évaluer le comportement d'un modèle RANS DRSM à l'état de l'art. La modélisation des jets sera ensuite réalisée à partir de l'analyse des champs aérodynamiques et thermiques. Finalement, les modèles seront validés sur des cas de complexité croissante de plaque plane et de cascade de turbine expérimentale. Une telle démarche scientifique a été menée il y a plusieurs années sur le refroidissement par multiperforation dans les chambres de combustion (voir figure).

 

 

Contact : Dr Florent Duchaine : florent.duchaine@cerfacs.fr