Refroidissement des turbines à gaz - Techniques et efficacité

1 - Refroidissement interne pour aubages de turbine

• 1.1 - Exemples de techniques de refroidissement
  Figure 1 - Évolution des systèmes de refroidissement à partir des années 1960, d’après  Figure 2 - Système de refroidissement du premier stator (tuyère) HPT E 3, d’après  Figure 3 - Système de refroidissement du premier rotor (aubage) HPT E3, d’après 
• 1.2 - Systèmes de refroidissement par convection interne
  Figure 4 - Exemple de profil d’aubage refroidi avec des tubes de refroidissement radiaux Figure 5 - Volume de contrôle Figure 6 - Exemple d’aubage refroidi par conduites avec inserts, d’après  Figure 7 - Flux secondaires dus aux effets de la rotation, d’après  Figure 8 - Exemple d’emploi d’aiguilles (« pin fin ») dans un aubage, d’après  Figure 9 - Exemple de « pin fin » décalées et en ligne Figure 10 - Évolution du nombre de Nusselt, Nu, en fonction du rang de « pin fin », d’après  Figure 11 - Impact d’un jet Figure 12 - Exemple de tuyère refroidie par jets impactants, d’après  Figure 13 - Jet impactant unique, d’après  Figure 14 - Effets de l’écoulement Figure 15 - Paramètres géométriques caractéristiques de l’impact, d’après  Tableau 1

2 - Technique de protection par l’extérieur

• 2.1 - Film cooling
  Figure 16 - Exemple de tuyère refroidie par film cooling, d’après  Figure 17 - Paramètres caractéristiques du film cooling Figure 18 - Évolution de l’efficacité du film cooling en fonction de pour trois corrélations de la littérature, d’après  Figure 19 - Dynamique des fluides du jet unique, d’après  Figure 20 - Coefficient d’échange thermique pour un trou, d’après  Figure 21 - Efficacité dans le cas d’un trou normal, d’après  Figure 22 - Efficacité locale sur la ligne médiane, d’après  Figure 23 - Efficacité : principe de superposition des effets, d’après  Figure 24 - Exemple de film cooling avec des trous elliptiques inclinés, d’après  Figure 25 - Trous évasés, d’après  Figure 26 - Trous évasés : champs d’écoulement, d’après  Figure 27 - Tuyère : exemple de distribution d’efficacité Figure 28 - Exemple de trou partiellement obstrué, d’après  Figure 29 - Comparaison des procédés de refroidissement par film cooling et par effusion et transpiration Figure 30 - Exemples de réalisation de refroidissement par effusion, d’après  Figure 31 - Performances de différents systèmes de refroidissement pour aubages et chambres de combustion, d’après 
• 2.2 - Barrière thermique (Thermal Barrier Coating, TBC)
  Figure 32 - Barrière thermique en céramique avec une sous-couche métallique Figure 33 - Schéma de calcul du coefficient d’échange thermique équivalent

3 - Introduction à la conception d’un aubage avec refroidissement

• 3.1 - Calcul des échanges thermiques couplés pour la détermination des températures dans un aubage
  Figure 34 - Phénoménologie des échanges thermiques dans un aubage de turbine Figure 35 - Procédures informatiques utilisées pour la modélisation de la température d’un aubage de turbine Figure 36 - Assimilation d’un aubage à un assemblage de surfaces planes et cylindriques Figure 37 - Comparaison expérience/prévisions de l’évolution du coefficient d’échange thermique externe, d’après  Figure 38 - Exemple de résultats de calculs thermiques par FEM pour plusieurs sections radiales d’un aubage Figure 39 - Exemple de réseau fluide pour modéliser un système de refroidissement interne d’un aubage Figure 40 - Tuyère et aubages de turbine à gaz, d’après  Figure 41 - Coefficient d’échange thermique à l’intérieur d’un canal convergent avec promoteurs de turbulence (étude expérimentale), d’après  Figure 42 - Simulation RANS : coefficient d’échange thermique à l’intérieur d’un canal convergent avec des promoteurs de turbulence (bord de fuite de l’aubage), d’après 
• 3.2 - Conception des composants auxiliaires (disques et plates-formes)
  Figure 43 - Détail des éléments principaux et disposition des flux de refroidissement dans une turbine, d’après  Figure 44 - Phénoménologie de l’ingestion des gaz chauds dans un système voile/disque et paramètres géométriques