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Simulation 3D de l’écoulement et de l’échange de chaleur dans un canal de refroidissement

A. Harizi1, E. Mahfoudi1 and A. Gahmousse2

1 Centre Universitaire Larbi Ben M’Hidi, Oum El Bouaghi, Algérie
2 Laboratoire d’Energétique et Turbomachines LET, Université Cheikh Larbi Tebessi, Tébessa, Algérie

Abstract

The temperature imposed to first stage gas turbine blades are generally very high which exposes them to ominous thermal effects. That’s why constructors continue to improve their blade cooling technics. Indeed, it’s known that any increase in turbine entry temperature affects positively the efficiency, engine performances as well as power and fuel consumption with less pollutants. Therefore the actual general research tendency is to design new turbo engines working at more elevated entry temperatures. This amplifies the need to find new materials with higher thermal resistances as well as new turbine blade cooling techniques. These goals require a deep understanding of turbine blade heat transfer. The present study is interested in the 3D numerical simulation of flow and heat transfer inside an internal ribbed cooling channel of gas turbine blade. The ribs present in the duct, play the role of turbulence promoters, permitting the increase of thermal exchange level between the cooling air and blade walls. The simulation is conducted by means of the Fluent code, RANS formulation is adopted for the simulation with the two different turbulence models, k - ε realizable and RSM.

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. Il est vrai qu’en augmentant la température des gaz à l’entrée des turbines, on augmente le rendement, les performances des machines et on améliore aussi la puissance et la consommation en carburant avec une réduction sensible des gaz polluants. Ainsi, la tendance générale actuelle des constructeurs est la conception de machines fonctionnant à des températures d’entrée de plus en plus élevées. Ceci a conduit par conséquent, à la recherche permanente de nouveaux matériaux à résistance thermique élevée et améliorer sans cesse, les techniques de refroidissement. Cette tache se trouve conditionnée par une bonne et profonde compréhension du phénomène de transfert de chaleur dans les aubes de turbines. La présente étude s’intéresse à la simulation numérique en 3D de l’écoulement et de l’échange de chaleur à l’intérieur d’un canal de refroidissement interne d’une aube de turbine à gaz. Ce canal est muni de perturbateurs qui jouent le rôle de promoteurs de turbulence permettant ainsi l’augmentation du niveau d’échange thermique entre l’air de refroidissement et les parois de l’aube. La simulation est conduite au moyen du code Fluent, la formulation RANS est adoptée pour la simulation avec les modèles de turbulence k - ε ‘realizable’ et RSM. 

Keywords

Aube de turbine - Canal perturbé - Refroidissement – Turbulence - Echange de chaleur - Recirculation.

Simulation 3D de l’écoulement et de l’échange de chaleur dans un canal de refroidissement
Texte intégral

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