Bruno FACCHINI

Soumise à des flux thermiques de plus en plus élevés, la paroi d’une chambre de combustion d’une turbine à gaz moderne reste un élément critique. Ainsi, l’étude et la conception de cette pièce doivent intégrer les exigences de refroidissement, d’efficacité et de stabilité de la combustion, mais aussi de la réduction des émissions polluantes. La détermination du flux thermique et du rayonnement, auxquelles la paroi est exposée, est déjà complexe en soi, mais de plus compliquée de par le mouvement des gaz dans la chambre.

Les performances des turbines à gaz ont grandement évoluées ces dernières décennies, notamment l’accroissement du rendement de conversion  énergétique, dû essentiellement à l’apparition du cycle combiné gaz-vapeur. Cet article présente une modélisation simple du système, à la fois sur le plan thermodynamique et sur le plan des transferts thermiques. Cette approche permet de quantifier les incidences de l’augmentation de température d’une part, du refroidissement d’autre part, sur l’efficacité de ces moteurs thermiques.

Cet article traite des différents systèmes de refroidissement très élaborés développés par les constructeurs de turbines à gaz, notamment pour les aubages et les tuyères des premiers étages. Les techniques de transferts thermiques externes par film cooling et par convection interne ont subi ces dernières années de réelles évolutions. Il s’attarde sur l’analyse et la conception d’un système de refroidissement dans le cas d’un aubage, système il faut concilier les exigences liées au refroidissement de l’élément et celles imposées par le dimensionnement aérodynamique de l’étage de la turbine.