Dissertations / Theses: 'Turbines à gaz – Refroidissement'

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Fénot, Matthieu. "Etude du refroidissement par impact de jets : application aux aubes de turbines." Poitiers, 2004. http://www.theses.fr/2004POIT2303.

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Abstract:

Nous avons cherché à quantifier expérimentalement les transferts convectifs en paroi provoqués par l'impact d'un ou de plusieurs jets. Pour ce faire, nous avons utilisé une technique basée sur l'emploi simultané d'un film chauffant et de la thermographie infrarouge. Cette technique permet d'imposer plusieurs flux à la paroi. Pour chacun de ces flux, la température de paroi est mesurée par thermographie infrarouge. Il est, dès lors, possible de calculer par régression linéaire la température adiabatique de paroi et le coefficient d'échange. Une validation a, dans un premier temps, été effectuée sur une configuration de jet unique en impact sur une paroi plane, pour plusieurs températures d'injection. Par la suite, la méthode a été appliquée aux études des influences de l'interaction entre les jets, de la présence d'un confinement et de la concavité de la paroi d'impact. Enfin, une configuration d'aube de turbine, simplifiée et agrandie, a été envisagée
We have tried to determine the convective heat transfer on a flat plate on which impinged either a single jet or several ones. To do so, the heat thin foil technique has been used jointly with infrared thermography. This technique permits to impose different heat fluxes. For each flux, a temperature distribution is recorded using a thermographic camera. Then, local heat transfer and adiabatic wall temperature are determined by means of a linear regression method. This technique has been validated using a single jet impinging on a flat plate with various injection temperatures. Then, it has been used to evaluate the influence of jets interactions, of confinement and of a concave impingement surface. Finally, a large scale model of a turbine blade has been studied

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Duchêne, Christophe. "Étude numérique du refroidissement par film : phénomènes de base et application à la protection thermique des aubes de turbines." Nantes, 1995. http://www.theses.fr/1995NANT2118.

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Abstract:

L'objet de cette thèse concerne le refroidissement par film des aubes de turbines. La simulation numérique nous a permis d'étudier dans le détail les phénomènes d'interaction entre écoulement principal et jets de refroidissement. A cet effet, les équations de bilan des écoulements tridimensionnels, compressibles et turbulents sont intégrées sur des maillages composés de sous-domaines structures. La première partie de ce travail présente la méthode numérique utilisée: schémas numériques, modélisation de la turbulence et des échanges pariétaux. On s'efforce dans une deuxième partie d'analyser le refroidissement par film en partant de la configuration la plus simple puis en intégrant progressivement l'ensemble des facteurs qui entrent en jeu dans les moteurs. On étudie en premier lieu l'interaction entre un jet unique et un écoulement sur une plaque plane. Ceci nous a permis d'analyser en détail la zone d'émission et de mettre en évidence les processus tourbillonnaires induits. Apres avoir précisé la notion de coefficient d'échange, on quantifie l'effet des différents paramètres sur l'efficacité de refroidissement. On aborde ensuite le cas ou une rangée d'évents contribue au refroidissement et on présente un modèle analytique qui décrit le phénomène d'induction tourbillonnaire. En vue d'étendre ce travail à des configurations plus réalistes on s'attache à décrire l'influence des effets inertiels sur le refroidissement. A ce titre, l'accélération de l'écoulement principal, la courbure de la paroi puis la rotation sont successivement étudiées. On s'intéresse enfin au refroidissement par film dans le cas du passage interaube. Ce dernier point a fait l'objet de comparaisons qui révèlent un bon accord entre la simulation numérique et les résultats expérimentaux. Notre conclusion s'exprime sous forme de bilan et de perspectives.

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Guillou, Florian. "Modélisation et simulations numériques stationnaires de l'aérothermique des circuits internes d'aubes de turbines refroidies." Rouen, 2013. http://www.theses.fr/2013ROUES055.

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Abstract:

Les gains en performances des moteurs aéronautiques obtenus par l'élévation de la température d'entrée turbine requièrent une hausse de l'efficacité du refroidissement des aubes, assuré par l'écoulement d'air frais sous haute pression dans des circuits internes. La conception des aubes nécessite alors de disposer d'outils de prévision des échanges convectifs internes, fiables et aux temps de rendu courts. Cette thèse a été consacrée au développement de méthodologies de calcul RANS adaptées à cette problématique à partir de la plateforme de calcul CEDRE de l'Onera qui traite des maillages non structurés. La modélisation des tensions de Reynolds et des flux turbulents d'enthalpie dans les zones dites haut et bas-Reynolds a été étudiée. On s'est notamment intéressé aux approches récentes offrant les meilleures perspectives de rapport qualité/coûts. Ainsi, des modèles à équations de transport reposant sur une viscosité turbulente, des modèles explicites algébriques d'ordre 2 et des lois de paroi numériques ont été évalués sur leurs capacités à rendre compte des effets de la rotation ou de la courbure des écoulements sur l'anisotropie de la turbulence et des conséquences de ces effets sur les échanges convectifs. La validation de ces modèles s'est basée sur les données des bancs d'essai MERCI et BATHIRE de l'Onera et celles issues du projet européen ERICKA. Des résultats prometteurs ont été obtenus avec un modèle aux tensions de Reynolds explicite algébrique et un modèle de flux turbulents d'enthalpie basé sur une hypothèse de Gradient-Diffusion généralisé. Enfin, la méthodologie développée a été appliquée avec succès sur un cas d'aube réelle du motoriste Snecma
The increase in gas turbine performance based on a turbine entry temperature rise requires the improvement of the blade cooling efficiency. Blades are cooled by internal convection thanks to the injection of high-pressure unburnt air into cooling channels. Therefore fast and reliable numerical tools are able to predict internal convective heat transfers are needed for the design of turbine blades. The goal of the present work was to develop methodologies for RANS simulations able to achieve such predictions. The software platform of Onera called CEDRE, which is designed for unstructured meshes, has been used. Focus was on the modeling of the Reynolds stress tensor and the enthalpy turbulent fluxes for both high-Reynolds and near-wall areas. Meshing strategy was also considered. Greater emphasis was placed on the approaches that could yield the best quality/cost ratio. For that reason one-equation turbulence models based on eddy viscosity, explicit algebraic Reynolds stress models and advanced wall laws have been evaluated on their ability to reproduce the effects of rotation and flow curvature on turbulence anisotropy, and on the consequences of these effects on convective heat transfers. Validations were carried out by comparison with the experimental data obtained both on the MERCI and BATHIRE test rigs of Onera and in the framework of the european project ERICKA. Promising results were obtained with an explicit algebraic Reynolds stress model for turbulent momentum fluxes and a model based on a generalized gradient-diffusion hypothesis for turbulent enthalpy fluxes. The obtained methodology was successfully applied to a real blade configuration from Snecma

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Lopez-Velasco, Jean-Baptiste. "Etude aérothermique expérimentale et numérique d'un système de refroidissement de parois de chambres de combustion de turbines à gaz à faibles émissions polluantes." Poitiers, 2003. http://www.theses.fr/2003POIT2316.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est de concevoir et tester un dispositif qui permet d'intensifier le flux évacué par une double-paroi de chambre de combustion à faibles émissions polluantes. L'étude bibliographique a conduit à retenir le principe d'ailettes plissées en quinconce (Offset Strip Fins). Trois double-paroi OSF ont été testées sur un banc aérothermique au moyen d'analyseurs de gaz pour le calcul des coefficients de débit, capteurs de pression, thermocouples et thermographie infrarouge. Nous avons également réalisé des mesures de vitesses par vélocimétrie laser sur une maquette OSF à échelle 40. Un modèle simplifié 1D de calcul ou de dépouillement d'essais a été écrit. La confrontation entre résultats d'essais et calculs 1D et/ou 3D Fluent RANS a permis d'évaluer la corrélation de Manglik & Bergles portant sur les pertes de charge et le coefficient de convection d'échangeurs à ailettes OSF. Une méthodologie spécifique de dépouillement a été construite et une corrélation écrite
The objective of this thesis is the conception and testing of a device which promotes the heat flux of a double-wall for low emissions combustion systems. The literature study prevailed the use of Offset Strip Fins (OSF) as heat flux promoter. Three double-wall with OSF have been tested in a combustion test cell equipped with: gas analysers, for calculating discharge coefficients, pressure sensors, thermocouples, and infrared thermometry. Velocity measurements on a 40 scale OSF also have been obtained by using Laser Doppler Anemometry. A simplified 1D model, capable of calculating temperatures profiles or analysing the experiments, is presented. The comparisons between the experimental results and the 1D / 3D RANS Fluent calculations permitted the evaluation of the Manglik & Bergles correlations concerning the pressure drop and the heat transfer coefficient of heat exchangers of the type OSF. After presenting the specific methodology of analysis a new correlation is derived

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Subramanian, Arunprasath. "Contribution to Aerothermal Study of a Film Cooling Geometric Design using ZnO Phosphorescence Thermography and Numerical Simulations." Electronic Thesis or Diss., Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2022. http://www.theses.fr/2022ESMA0006.

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Abstract:

Le refroidissement par film froid des aubes des turbines aéronautiques d’avion est utilisé depuis quelques décennies pour augmenter la température d'entrée de la turbine (TIT) et ainsi augmenter la poussée, et également pour prolonger la durée de vie de l'aube de turbine. Les normes d'émission strictes des polluants encouragent l'amélioration de l'efficacité globale de la turbine et donc l’optimisation du processus de refroidissement par film. C’est une technique par convection forcée dans laquelle un jet froid est injecté à travers des trous discrets à la surface de l'aube de turbine de manière à former une couche d'air frais sur la surface de l'aube protégeant efficacement l'aube des flux à très haute température résultant de la combustion. Ce principe peut être étudié académiquement comme un jet débouchant dans un écoulement transverse. Cet écoulement est très complexe parce que de nombreuses structures cohérentes turbulentes se développent et interagissent les unes avec les autres. L'un des systèmes de tourbillons les plus importants est la paire de tourbillons contra-rotatifs (CRVP) résultant des contraintes de cisaillement qui se développent dans la couche de mélange supérieure entre le jet débouchant et le jet principal. La courbure du jet débouchant le long de la direction du flux transversal intensifie le développement du CRVP qui augmente ainsi le mélange entre les deux écoulements, ce qui réduit l'efficacité du film de refroidissement. Par conséquent, dans cette étude, une organisation spatiale de trous auxiliaires est étudiée expérimentalement et numériquement pour réduire l'intensité de l’influence du CRVP, ce qui contribue finalement à augmenter l'efficacité du refroidissement du film adiabatique. Les trous auxiliaires, placés en amont du trou principal, permettent de réduire l'intensité du CRVP issu du trou principal du fait de la diminution des contraintes de cisaillement subies par le jet issu du trou principal. Dans cette thèse, une méthode numérique basée sur des simulations RANS utilisant le modèle de turbulence k-ω SST a été utilisée pour optimiser l’organisation spatiale des trous auxiliaires et pour avoir une compréhension préliminaire de ces interactions de structures cohérentes. Une étude détaillée de la structure instationnaire de l'écoulement a également été réalisée à l'aide de la simulation aux grandes échelles L.E.S. Pour étudier expérimentalement les champs de température dans le fluide, une métrologie de mesure de température a été spécialement développée : la thermométrie utilisant le rapport d’intensités spectrales d’émission de phosphorescence du ZnO à l’aide d’une seule caméra intensifiée. Cette technique permet la mesure de la température instantanée et moyenne de manière non intrusive. Une analyse détaillée des propriétés d'émission du luminophore ZnO excitée par un laser à 266 nm est décrite. Une procédure d'étalonnage a été développée et testée dans une cavité Rayleigh-Bénard remplie d’eau. Ensuite, cette procédure a été mise en œuvre sur le nouveau banc d'essai BATH pour étudier expérimentalement le film de refroidissement dimensionné par la simulation RANS pour trois taux de soufflage. L'analyse des résultats expérimentaux et numériques aide à identifier les structures cohérentes clés, conduisant à une meilleure compréhension des phénomènes physiques mis en jeu et à appréhender l'augmentation de l'efficacité de refroidissement du film dans le système de trous auxiliaires par rapport à un trou cylindrique simple classique
Film cooling of aircraft gas turbine blades has been in use since a few decades now to improve the Turbine Inlet Temperature (TIT) and to extend the lifetime of the turbine blade. Additionally, stringent emission norms stipulate the improvement of overall efficiency of the gas turbine engine and hence the need to improve film cooling process. Film cooling is a technique where a cold jet is injected through discrete holes on the surface of the turbine blade, so as to form a layer of cool air over the surface of the blade, effectively protecting the blade from high temperature crossflows arising from the combustion chamber. This problem can be viewed as a Jet In Cross-Flow (JICF) phenomena where the interaction of the crossflow with a jet injected perpendicular or at an angle creates a system of vortices. One of the most important vortex systems in this arrangement is the Counter Rotating Vortex Pair arising from the shear forces at the sides of the ejecting jet with the crossflow primarily. The bending of the jet along the direction of the crossflow promotes the CRVP to ingest hot crossflow into the jet stream which reduces the effectiveness of the film cooling system. Hence, in this study, an auxiliary hole system is studied experimentally and numerically to reduce the intensity and the height of the CRVP which eventually helps in an augmented adiabatic film cooling effectiveness. The auxiliary holes placed upstream of the main film cooling hole reduces the intensity of the main hole CRVP due to the reduction in the shear forces experienced by the jet emanating from the main hole. In this thesis numerical analysis through RANS study using k-ω SST turbulence model to have a preliminary understanding of the auxiliary hole system and a detailed understanding of the flow structure using Large Eddy Simulation are performed. The highlight of this work is the development of single camera phosphor thermometry using the spectral intensity ratio method. This technique allows the measurement of the instantaneous and mean flow temperature non-intrusively. A detailed analysis of the emission properties of ZnO phosphor upon excitation by a 266nm laser is described. A calibration procedure for the intensity ratio method is defined and it is tested using a Rayleigh-Bénard natural convection process. This phosphor thermometry procedure with the validated code is implemented on the new BATH test Rig to study film cooling arrangements. Three different configurations are tested for their aero-thermal characteristics at penetration blowing ratio regime. Analysis of the experimental and numerical results help in identifying key vortex structures, leading to the better understanding of reasons for the augmentation of film cooling effectiveness in the auxiliary hole system compared to a classical simple cylindrical hole

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Florenciano, Merino Juan Luis. "Étude de la réponse d'un écoulement avec transfert pariétal de masse à un forçage acoustique : application au refroidissement des chambres de combustion aéronautiques." Thesis, Pau, 2013. http://www.theses.fr/2013PAUU3013/document.

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Abstract:

L’étude présentée dans cette thèse relève de la mécanique des fluides expérimentale et numérique appliquée aux écoulements pariétaux de refroidissement de chambres de combustion aéronautiques. En présence de phénomènes thermo-acoustiques, comme les instabilités de combustion, il est important d’évaluer si les capacités de l’écoulement pariétal à protéger les parois de chambre restent suffisantes. C’est ainsi que nous nous sommes intéressés aux écoulements de paroi multiperforée soumis à une excitation acoustique. Dans ce but, le banc d’essais MAVERIC a été amélioré grâce à l’installation d’un système qui permet de forcer acoustiquement l’écoulement transverse dans lequel les jets pariétaux débouchent. Nous avons pu alors mettre en évidence la forte sensibilité de ce type d’écoulements à l’excitation acoustique. Le bon accord entre les résultats expérimentaux et les simulations numériques aux grandes échelles (LES) effectuées est très encourageant dans le cas d’un forçage par onde stationnaire. Le forçage par onde progressive, étudié uniquement par simulations numériques, s’est révélé être capable de modifier significativement la topologie de l’écoulement. Enfin, à partir de l’outil numérique AVBP-AVTP qui permet le couplage de calculs fluide-solide, nous avons réalisé une étude de l’influence de la présence d’une excitation acoustique sur le comportement thermique de l’écoulement autour d’une paroi multiperforée de chambre de combustion
This experimental and numerical study in the field of fluid mechanics deals with jets-in cross flow configurations that are relevant for the cooling of aero engine combustion chambers. Indeed, in presence of instabilities it is important to determine to which extent the film cooling is able to do its job of preserving the combustion chamber walls from the thermal load. The test facility MAVERIC has been upgraded in order to acoustically force the crossflow in which the jets are discharging. The strong sensitivity of the overall flow unsteady properties to the presence of the acoustic forcing has been clearly evidenced. The agreement between the experimental results and large-eddy simulations proved to be quite encouraging for a stationary acoustic wave whereas the case of a propagating acoustic wave investigated only numerically reveals also quite a significant change of the flow topology. In this context, the effect of the acoustic forcing on the wall thermal behavior has been analyzed thanks to the use of the fluid-solid coupled AVBP-AVTP solver

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Benoit, Laurent. "Prédiction des instabilités thermoacoustiques dans les turbines à gaz." Montpellier 2, 2005. http://www.theses.fr/2005MON20044.

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Salome, Philippe. "Le gaz moleculaire dans les galaxies abritant un courant de refroidissement." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00338287.

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Abstract:

Les prédictions théoriques de refroidissement du gaz intra-amas depuis des températures de 10^7 K jusqu'à une phase très froide n'ont jamais été prouvées directement. L'apport des satellites Chandra et XMM-Newton a permis de mieux sonder le centre de certaines de ces grandes structures, où le courant de refroidissement a lieu. Un problème majeur est la question du devenir du gaz refroidi. Le travail présenté ici est la détection de gaz moléculaire au centre de plusieurs amas de galaxies, obtenues avec le télescope de 30m de l'IRAM. Ces détections vont dans le sens d'une possible identification du composant froid directement issu du courant de refroidissement. La quantité de gaz moléculaire estimée reste toutefois encore inférieure à ce que prévoient les taux de déposition de masse déduits de l'émission du gaz chaud. Afin de mieux comprendre l'origine de ce composant froid, une étude plus précise d'un amas particulier : Abell 1795 a été menée. L'analyse spectrale des données X du satellite Chandra a permis de dériver des propriétés importantes du gaz chaud (température, abondance, colonne densité, taux de déposition de masse). Pour comprendre le lien entre le gaz moléculaire et le courant de refroidissement, des observations en CO(1-0) et CO(2-1) d'Abell 1795 ont été menées avec l'interféromètre du Plateau de Bure (IRAM). La morphologie et la dynamique du gaz froid sont apparemment associées à celles des composants plus chauds. Ces observations sont donc compatibles avec un refroidissement du gaz jusqu'à très basse température, fournissant un réservoir de matière disponible pour nourrir la formation stellaire effectivement active au centre de l'amas. De nouvelles contraintes observationnelles sont maintenant envisagées (Plateau de Bure, VLT) sur un plus large échantillon pour tenter de comprendre plus clairement la place du gaz moléculaire, dans un scénario de courant de refroidissement où les processus de réchauffement sont certainement actifs.

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Bayet, Estelle. "L'émission submillimétrique du gaz dans les galaxies : taux de refroidissement et formation." Paris 6, 2005. http://www.theses.fr/2005PA066618.

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Lebel, Larry. "Electronic temperature sensor arrays for gas turbine components." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2004. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/1255.

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Abstract:

The current master's thesis presents the development of a new temperature sensing technology for gas turbine components.The proposed sensor array allows real time simultaneous measurements of temperature at multiple locations, using only two communication leads. Frequency modulation is used to multiplex the signals of more than ten temperature sensors through common wires. At every point of reading, silicon carbide (SiC) microelectronic oscillators generate the required waveforms, at frequencies that are temperature dependent. Those oscillators are fed with a common DC power source, and add their signals together by current addition into the power supply leads.The multiplexed signal can be recorded using only one acquisition channel, and be analyzed in the frequency domain to deduce temperatures.The resulting sensor array can be seen as a temperature sensitive wire, including two leads, and multiple integrated microscopic oscillators. It is compact, and alleviates the problem of lead routing, which is especially cumbersome in small business or regional aircraft engines. SiC microelectronics promising to be operable at temperatures above 700[degrés Celcius], the proposed sensor array could be used inside cooled turbine airfoils and shrouds, in moderate testing and flight cruising conditions, or in compressor components. It offers new possibilities in ground testing, vehicle health monitoring, and engine control. Validation tests were conducted using macroscopic high temperature oscillator prototypes. Two oscillators were built using high temperature discrete components, and were tested in an oven up to 180[degrés Celcius].The results of those tests are presented in this thesis.

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Emidio, Jean Manuel. "Refroidissement pariétal par multiperforations : Détermination de lois d'efficacité de refroidissement dans les conditions réelles de fonctionnement de chambres de combustion de turbines aéronautiques." Pau, 1998. http://www.theses.fr/1998PAUU3030.

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Abstract:

L'accroissement des performances des turbomachines impose des contraintes thermiques accrues sur les parties chaudes, en particulier sur la chambre de combustion. Les exigences de tenue thermomécanique nécessitent d'améliorer les méthodes de refroidissement pariétal actuellement employées. Le refroidissement par multiperforations semble présenter un potentiel d'optimisation important. Afin de prédire localement les évolutions de température le long des parois refroidies d'une chambre en développement, il est nécessaire de connaître les conditions aux limites pariétales mises en jeu au sein du film de refroidissement. Une méthode complète de détermination des coefficients de convection locaux et des températures adiabatiques associées, dans des conditions réelles de fonctionnement, incluant une recherche optimale de corrélations par la méthode du simplex de Nelder Mead et par réseaux de neurones, a été entreprise au sein du Laboratoire Aquitain de Recherche en Aérothermique
The increase of turbomachines performances goes through the augmentation of pressures and working temperatures, therefore by high thermal stresses on hot parts, particularly on combustion chambers. Thermomechanical behaviour of these parts require the improvement of parietal cooling methods efficiency. The multiperforation cooling method, seems to present an important potential of optimisation as well on a conception way than on a realisation way. In order to predict the local temperature evolutions among a new cooled combustion chamber walls, it is necessary to know the wall heat transfer limit conditions in the film cooling. A new method for the calculation of local convective heat transfer coefficient and adiabatic wall temperature operating in real cases, and a modelisation of heat transfer on a multihole plate, including an optimal research by a Nelder Mead simplex method and a neural network has been developed in the "Laboratoire Aquitain de Recherche en Aérothermique"

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Grosnickel, Thomas. "Simulations des grandes échelles pour la prédiction des écoulements de refroidissement des pales de turbines." Thesis, Toulouse, INPT, 2019. http://www.theses.fr/2019INPT0008/document.

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Abstract:

Les concepteurs de moteurs aéronautiques sont constamment sujets à la demande d’augmentation de puissance de la part des constructeurs d’aéronefs. Pour satisfaire à cette exigence, la température de sortie de la chambre de combustion peut être augmentée pour améliorer le rendement et la puissance de sortie du moteur. Cette élévation de température peut toutefois dépasser le point de fusion du matériau et, pour éviter les pannes de moteur, l’intégrité des aubes de la turbine repose notamment sur des systèmes de refroidissement internes,prélevant de l'air froid du compresseur. La conception de ces systèmes revient donc à maximiser l’amélioration du transfert de chaleur tout en minimisant le débit d’air via les pertes de charge afin d’éviter des pénalités de puissance du moteur. Or ces écoulements en canaux internes sont encore largement incontrôlés et mal compris. Dans le but de mieux comprendre ces écoulements en rotation se développant spatialement, ce travail porte sur l’étude via simulations numériques d’un canal de refroidissement droit, perturbé, en rotation. La configuration consiste en un canal carré équipé de 8 perturbateurs placés avec un angle de 90 degrés par rapport à l’écoulement principal. Pour les cas étudiés, des mesures PIV temporelles ont été effectuées à l'Institut VanKarman (VKI). Les conditions adiabatiques et isothermes ont été étudiées pour évaluer l’impact dela température de la paroi sur l’écoulement, en particulier dans les configurations en rotation. Les canaux statiques ainsi qu’en rotation positive et négative sont comparés avec, dans chaque cas,une prédiction d’écoulement adiabatique ou isotherme. Dans ce travail, les résultats de simulations aux grandes échelles (SGE) montrent que le modèle CFD haute fidélité est capable de reproduire les différences induites par la flottabilité sur la topologie de l'écoulement dans la région proche. Le modèle parvient également à prévoir l'augmentation (la diminution) de la turbulence autour des perturbateurs en rotation déstabilisante (stabilisante). Enfin et grâce à la SGE spatiale et temporelle complète, le développement spatial et l’instationnarité des écoulements secondaires sont analysés pour mieux comprendre leur origine et leurs différences potentielles entre les cas. Cette étude montre que la topologie du flux thermique en parois est déterminée par la structure des écoulements secondaires alors que l’intensité du flux thermique aux parois est déterminée par le niveau de fluctuations de l’écoulement dans l’espace interperturbateur
Aeronautical engine designers are constantly subject to increasing power demands from aircraft manufacturers. To satisfy this requirement, combustor outlet temperature can be increased to improve efficiency and output energy of the engine. This rise in temperature however can surpass the material melting point and to avoid engine failure, turbine blades rely on internal cooling systems. Turbine blade cooling often uses internal channels, taking cold air from the compressor flow. Design of these systems therefore resumes to maximizing heat transfer enhancement while minimizing airflow rate to avoid engine power penalties. However, such flows are still largely uncontrolled and miss-understood. In an attempt to better understand such spatially developing rotating flows, the present study deals with a computational investigation on a straight, rotating rib roughened cooling channel. The configuration consists in a squared channel equipped with 8 ribs turbulators placed with an angle of 90 degrees with respect to the flow direction. For the studied cases, time resolved two-dimensional Particle Image Velocimetry (PIV) measurements have been performed at the Van Karman Institute (VKI). Adiabatic as well as isothermal conditions have been investigated to evaluate the impact of the wall temperature on the flow, especially in the rotating configurations. Static as well as both positive and negative rotating channels are compared with, in each case, either an adiabatic or an isothermal flow prediction. In this work, Large Eddy Simulation (LES) results show that the high fidelity CFD model is able to reproduce the differences induced by buoyancy on the flow topology in the near rib region and resulting from an adiabatic or an isothermal flow in rotation. The model manages also to predict the turbulence increase (decrease) around the rib in destabilizing (stabilizing) rotation of the ribbed channels. Finally and thanks to the full spatial and temporal description produced by LES, the spatial development and the unsteadiness of secondary flows are analyzed to better understand their origin and potential differences in all a cases. This study shows that the wall heat flux topology is driven by the secondary flows structure and the wall heat flux intensity is driven by the level of flow fluctuations in the ribbed region

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Thiriet, Romain. "Amélioration de la prévision des performances transitoires des turbines à gaz." Poitiers, 2007. http://www.theses.fr/2007POIT2349.

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Abstract:

En phase d’avant-projet d’une turbine à gaz, les outils de calcul des performances transitoires doivent aujourd’hui intégrer une représentation simple et générique de phénomènes multi physiques instationnaires complexes. Ce travail de thèse tente de répondre à cette problématique et porte en particulier sur l’imprégnation thermique des parois des turbomoteurs, phénomène qui pénalise les capacités d’accélération de ces systèmes. La modélisation du phénomène d’imprégnation thermique a été menée à l’aide de la méthode nodale. Cette approche système a permis d’élaborer des modèles d’échange de chaleur simples pour chaque composant du moteur. Après une analyse fine des conditions d’écoulements et des géométries présentes dans une turbine à gaz, des lois issues d’études expérimentales ont été retenues pour modéliser les échanges convectifs et radiatifs. Un périmètre géométrique et une étude de sensibilité au maillage ont permis de limiter la taille des modèles développés sans caricaturer le phénomène physique décrit. Une validation des modèles d’échange de chaleur a été menée en comparant les températures de parois calculées à celles mesurées sur banc d’essais. L’intégration des modèles d’échange de chaleur dans le code de calcul de performances a permis de diminuer de façon importante les erreurs de prédiction des capacités d’accélération. Ceci reste valable pour l’ensemble du domaine de vol et pour différentes architectures et tailles de turbomoteurs. Enfin, pour mieux appréhender les erreurs résiduelles de prédiction, la sensibilité des performances aux déformations thermomécaniques et au rendement de combustion a également été abordée, modélisée et discutée
For a gas turbine preliminary design, the performances program has to simply integrate complex physical phenomena during transient conditions. This thesis addresses this issue and deals particularly with heat soakage, a transient effect which diminishes the gas turbine acceleration rate. The heat soakage modelling has been performed with the nodal method. This system approach enabled us to build simple heat transfer models for each engine component. After a detailed analysis of the air flow and the wall geometries characteristics usually found in a gas turbine, some laws, taken from experimental studies, have been used to model the convective and radiative heat transfers. A geometrical perimeter and a refining mesh study allowed us to reduce the models size without cartooning the described physical phenomena. A validation of the heat transfers model has been done by comparing the wall temperatures computed with those measured in a test bench. The update of the gas turbine performances program with the heat transfers models has diminished dramatically the prediction errors of the engine acceleration capabilities. This result is still valid within the whole flight envelope and for others turboshafts arrangements and several sizes. Eventually, in order to grasp the residual errors of prediction, the engine performances sensitivity to thermomechanical effects and combustion efficiency has been also studied

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Robart, Nicolas. "Contrôle actif des instabilités de combustion dans les turbines à gaz." Toulouse, INPT, 2000. http://www.theses.fr/2000INPT026H.

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Abstract:

Les instabilités de combustion sont des phénomènes néfastes dans les turbines à gaz. Elles sont la conséquence d'un couplage entre la réaction chimique et l'acoustique de la chambre de combustion. Une voie pour lutter contre ces instabilités est le contrôle actif de la combustion. La spécificité de ce travail vient de la complexité de l'écoulement diphasique étudié. Cet écoulement est produit par un injecteur de turboréacteur de géométrie industrielle qui forme un jet d'air vrillé axisymétrique au centre duquel sont injectées des gouttelettes de carburant. La principale tâche consiste à développer et tester des actionneurs agissant sur le mélange. Les actionneurs utilisés sont basés sur 4 petits jets d'air à haute vitesse et ont été choisis suite à une étude complète des techniques existantes. Des mesures de granulométrie, de vitesse d'air et des visualisations de répartition spatiale des gouttes ont montré l'influence des actionneurs sur le spray. Parmi les actionneurs développés, certains ont été capable de diminuer la taille des gouttes, de modifier la répartition spatiale des gouttes, et de modifier le champ aérodynamique dans l'injecteur. Ces actionneurs ont été associés à une vanne haute fréquence permettant de pulser l'air jusqu'à plus de 400 Hz. Les actionneurs les plus efficaces sur le mélange ont été testés sur un banc expérimental avec combustion. Ils ont permis d'exciter la flamme à des fréquences de l'ordre des fréquences naturellement instables (de 350 à 450 Hz) du brûleur, ce qui laisse envisager la faisabilité du contrôle en boucle fermée à ces fréquences. Une autre voie a été explorée, elle consiste à alimenter les actionneurs en continu et observer si les effets sur le mélange suffisent à modifier la stabilité de la flamme. Cette voie a permis de lutter à certains régimes contre les instabilités, et plus systématiquement contre le "flashback". Améliorer ces résultats nécessite d'utiliser des stratégies de contrôle en boucle fermée.

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GODIN, THIERRY. "Activite chimique des gaz de combustion au cours de la detente dans les futures turbines a gaz." Paris, ENMP, 1996. http://www.theses.fr/1996ENMP0693.

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Abstract:

Les performances des turbines a gaz actuelles sont essentiellement conditionnees par la resistance thermique des materiaux qui la composent. Les progres techniques permettent une augmentation du niveau de temperature des gaz admis dans la turbine. Cependant les niveaux de temperature et de pression prevus pour les prochaines annees sont tels que les phenomenes reactifs ne peuvent plus etre associes a la seule chambre de combustion mais doivent etre etendus aux premiers etages de la turbine. Un premier modele, monodimensionnel, montrent que pres de 6% du pci du combustible sont perdus dans des conditions de combustion stoechiometrique. Dans le cas de turbines aeronautiques, les effets de la reactivite chimique peuvent abaisser le rendement de la machine de plus de 1,5 points et diminuere la poussee intrinseque de 3,6%. Un second modele, realise a l'aide d'un code de mecanique des fluides, met en evidence l'effet de la turbulence sur la cinetique chimique. Les conclusions relatives a cette etude montrent la necessite de tenir compte de l'aspect reactif des gaz de combustion dans les premiers etages de la turbine des lors que la temperature des gaz depasse 2100 k

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Bayet, Estelle. "L'émission submillimétrique du gaz dans les galaxies taux de refroidissement et formation d'étoiles." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00346731.

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Abstract:

Cette thèse présente l'étude la plus récente du refroidissement du gaz moléculaire chaud et dense contenu dans le MIS des noyaux de galaxies proches (D<10Mpc) via l'étude des raies en émission du carbone atomique et des raies en émission du monoxide de carbone. Ce travail, outre la présentation d'observations effectuées au Caltech Submillimeter Observatory à º =806 GHz et º =809 GHz jusqu'à présent peu, voire jamais obtenues sur des sources extragalactiques, permet aussi, à partir des modèles les plus perfectionnés à ce jour pour représenter les caractéristiques du MIS (modèles PDRs et LVGs), de déterminer les propriétés physiques et chimiques du gaz interstellaire, informations indispensables pour mieux comprendre la formation des étoiles. Cette étude met en évidence le rôle essentiel dans le refroidissement du gaz moléculaire chaud et dense, des raies à haut-J du CO (de 12CO(3- 2) à 12CO(7-6) émettant respectivement à des fréquences de 345 GHz et 806 GHz) et de la raie [CI](3P2-3P1) (émettant à une fréquence de 809 GHz). Ces raies sont indispensables pour diagnostiquer le refroidissement des galaxies plus lointaines souvent plus difficilement observables. L'étude du gaz moléculaire, à basse et haute résolution (observations effectuées avec l'interféromètre de l'IRAM-Plateau de Bure) permettant l'accès à la structure à grande et à petite échelle du gaz dans les noyaux de galaxies proches, révèle également de très bonnes corrélations avec les émissions en IR moyen et lointain dues aux poussières et aux grains. Les comparaisons établies entre les émissions IR et les émissions millimétriques et submillimétriques accroissent ainsi encore notre connaissance des processus physiques et chimiques intervenant dans la formation des étoiles. Ces analyses, l'ouverture à d'autres domaines de longueurs d'onde et l'augmentation d'observations millimétriques et submillimétriques à des fréquences et des résolutions spatiales de plus en plus élevées doivent être poursuivies grâce aux nouveaux instruments disponibles dans un futur plus ou moins proche (ALMA, Herschel, ...).

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Dumont, Richard. "Conception d'un banc d'essais pour la caractérisation d'injecteurs de turbines à gaz." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1998. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk2/tape17/PQDD_0022/MQ38072.pdf.

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Jérémie, Sandrine. "Refroidissement par injection d'eau d'un gaz chaud circulant le long d'une ligne de détente." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1998. http://www.theses.fr/1998ECAP0700.

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Laugel, Guillaume. "Combustion catalytique de gaz inflammables à l’aide d’oxydes métalliques : application à la détection de fuites dans des turbines à gaz." Strasbourg, 2009. http://www.theses.fr/2009STRA6097.

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Abstract:

Ces travaux de thèse s’inscrivent dans la recherche de moyens de prévention des risques d’explosion et de pollution liés à l’exploitation d’installations industrielles telles que les turbines à gaz. Ces travaux, en collaboration avec la firme General Electric, portent ainsi sur l’élaboration et l’étude de systèmes catalytiques pouvant entrer dans la fabrication ultérieure d’un capteur de gaz. Son principe de fonctionnement est basé sur la combustion catalytique du gaz à détecter. Les combustibles ayant fait l’objet d’une étude correspondent à ceux rencontrés dans une installation de turbines à gaz, à savoir le méthane, le n-butane (GPL), l’isooctane (essence), le n-décane (fioul), le monoxyde de carbone, l’éthanol et l’octanoate de méthyle (biodiesel). Dans ce type d’installation, le seuil minimal de détection du capteur est fixé à 5% de la LIE (Limite Inférieure d’Explosivité) du combustible. Il a donc été nécessaire de tester l’activité des catalyseurs en introduisant les combustibles en faible concentration (500 – 6250 ppm). Notre choix de catalyseur s’est porté sur les oxydes simples et mixtes à base de manganèse, de fer et de cobalt. Les pérovskites non-substituées LaBO3 (B = Mn, Fe, Co) et celles substituées de types La0,8A’0,2BO3 (A’ = Ba ou Sr et B = Mn ou Co) et LaB0,8B’0,2O3 (B = Mn ou Co et B’ = Fe ou Cu) ont été préparées par une méthode sol-gel. Les oxydes simples et les pérovskites non-substituées ont été imprégnés sur la silice mésoporeuse SBA-15 et la cérine en suivant la méthode dite des « deux-solvants ». Une étude approfondie par différentes techniques de caractérisation (DRX, RTP, DTP-O2, spectroscopie Mössbauer, RPE, RMN, XPS, etc. ) a permis de mettre en évidence de nombreuses relations entre la structure des catalyseurs et leur activité catalytique
To avoid risks of explosion and pollution in industrial combustion installation, such as gas turbines, the detection of residual explosive gases is required. Therefore, in collaboration with General Electric, the work of this thesis was focused on the development and the study of catalytic systems which can be integrated in a future fabrication of a gas sensor. The principle of these sensors is based on the measurement of the gas concentration as a function of the increase in temperature produced by the heat of combustion reaction on the catalytic surface. The combustion of different hydrocarbons (methane, n-butane, isooctane, n-decane) and oxygenated compounds (carbon monoxide, ethanol, methyl octanoate) that are commonly used in gas turbine units was studied. In this type of installation, recent regulations have implemented a sensor response to detect a concentration as low as 5% of the LEL (Lower Explosive Limit) for the above studied fuels. To fulfill this demanding application constraint, the fuels must be introduced at very low concentration (500 – 6250 ppm) during the catalytic tests. Simple and mixed metal oxides based on manganese, iron and cobalt were chosen as catalysts. Perovskites LaBO3 (B = Mn, Fe, Co) and substituted perovskites La0,8A’0,2BO3 (A’ = Ba or Sr and B = Mn or Co) and LaB0,8B’0,2O3 (B = Mn or Co and B’ = Fe or Cu) were prepared using a sol-gel process. Simple oxides and perovskites LaBO3 were supported on a mesoporous silica SBA-15 and on ceria according to the “two-solvents” method. A complete set of physico-chemical characterisations of the different catalysts was realized using several techniques (XRD, TPR, TPD-O2, EPR, NMR, XPS spectroscopy, etc. ) to correlate the structure of the materials with their catalytic activities

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Guéry-Odelin, David. "REFROIDISSEMENT PAR EVAPORATION D'UN JET D'ATOMES FROIDS GUIDE MAGNETIQUEMENT. DYNAMIQUE DES GAZ D'ATOMES FROIDS PIEGES." Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00112221.

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Abstract:

Dans ce manuscrit, je présente la presque totalité de mes travaux
scientifiques depuis ma soutenance de thèse. Au cours de cette
période, mon activité de recherche a été double : (i) j'ai pris en
charge une nouvelle expérience visant à produire une source
continue d'ondes de matière cohérentes, et (ii) j'ai développé des
outils analytiques pour cerner la dynamique des gaz d'atomes
froids piégés.

Dans notre projet expérimental, un jet d'atomes froids et lents
mais non dégénéré est couplé à un guide magnétique le long duquel
un refroidissement par évaporation est mis en oeuvre. En d'autres
termes, nous essayons de transposer les aspects temporels du
protocole d'obtention des condensats de Bose Einstein dans le
domaine spatial : dans notre montage les atomes sont
progressivement refroidis grâce à des zones de refroidissement
séparées spatialement. Une telle démarche doit permettre d'obtenir
un flux continu d'atomes condensés. Une source de ce type, dont
les propriétés sont radicalement différentes de celles d'une
source thermique, pourrait constituer un outil de choix pour de
nombreuses expériences. Les horlosges atomiques, les
interféromètres à ondes de matière, l'holographie atomique ou
encore la nanolithographie sont autant de domaines qui peuvent
potentiellement bénéficier d'amélioration par l'usage d'une source
continue et cohérente d'atomes froids.

Dans le premier chapitre, je décris les différentes parties du
dispositif expérimental et les premiers résultats que nous avons
obtenus. Deux sources d'atomes ont été étudiées pour alimenter
efficacement un piège magnéto-optique anisotrope qui sert
d'injecteur d'atomes froids dans le guide magnétique : (i) un
piège magnéto-optique purement bi-dimensionnel avec des faisceaux
de refroidissement d'intensité relativement élevée , et (ii) un
ralentisseur à effet Zeeman placé en sortie d'un four effusif à
recirculation. Cette dernière source a permis de mesurer un taux
de chargement de l'injecteur de $4\times 10^{10}$ atomes par
seconde. Le confinement magnétique dans l'injecteur est assuré par
un gradient de champ magnétique, alors que le lancement exploite
la technique de la mélasse en mouvement. Le guide magnétique, dont
l'entrée est placée à quelques centimètres seulement de
l'injecteur, procure un gradient de confinement élevé sans altérer
aucunement les performances de l'injecteur. Nous avons démontré,
et pour la première fois, l'alimentation en continu d'un guide
magnétique. Pour optimiser le transfert d'atomes, nous avons
étudié différents protocoles de couplage en mode continu comme en
mode pulsé. Les caractéristiques de notre jet atomique guidé sont
désormais les suivantes : un flux de $7\times 10^9$ atomes par
seconde, une température de 400 micro K pour un confinement
transverse de 600 Gauss/cm, et une vitesse moyenne de 1 m/s.

Le deuxième chapitre est dédié à la physique des collisions au
sein du jet d'atomes guidé magnétiquement. Nous présentons tout
d'abord une nouvelle technique spectroscopique de mesure de la
température du jet. Grâce à deux antennes radio-fréquences
disposées le long du guide, nous avons pu mettre le jet dans un
état hors d'équilibre, puis suivre le retour à l'équilibre grâce à
l'antenne placée en aval. Cette expérience montre le phénomène de
thermalisation dans un régime collisionnel dominé par les ondes d.
Dans une deuxième série d'expériences, le jet a été ralenti à une
vitesse de 60 cm/s grâce à une pente appliquée sur la première
partie du guide magnétique. Le taux de collisions relativement
élevé a permis d'amorcer le refroidissement par évaporation forcé.
Une réduction de la température par un facteur 4 a ainsi été
obtenue, correspondant à un gain en densité dans l'espace des
phases d'un ordre de grandeur.

Le dernier chapitre est consacré au développement de méthodes
analytiques pour caractériser la dynamique des gaz piégés. Nous
mis au point essentiellement deux outils. Le premier est la
méthode dite des moyennes. Il a permis d'étudier les oscillations
collectives d'un gaz classique, la mise en rotation d'un gaz par
le biais d'une anisotropie tournante, et la dynamique de
rethermalisation d'un mélange de gaz d'atomes froids. Cet outil a
pu être étendu au cas d'un condensat de Bose Einstein dans le
régime de Thomas-Fermi. Il a ainsi été possible d'étudier le mode
ciseau. Ce mode d'oscillation pendulaire révèle les propriétés de
superfluidité d'un condensat de Bose Einstein. Le deuxième outil
que nous avons développé repose sur des solutions approchées par
changement d'échelle de l'équation de Boltzmann. Nous avons montré
ainsi que les temps de relaxation pertinents pour décrire
l'amortissement des oscillations collectives d'un gaz classique
piégé, et les expériences de temps de vol sont intimement reliés.
Les deux méthodes que nous avons élaborées permettent de décrire
également tous les régimes collisionnels, et en particulier la
transition d'un régime sans collision à un régime hydrodynamique.
L'essentiel de nos prédictions théoriques a été utilisé soit pour
analyser, expliquer ou extraire des informations de données
expérimentales. Les outils que nous avons développés ont par
ailleurs été largement utilisés et adaptés pour traiter des
problèmes connexes de notre communauté.

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Guéry-Odelin, David. "Dynamique collisionnelle des gaz d'alcalins lourds : du refroidissement évaporatif à la condensation de Bose-Einstein." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001134.

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Abstract:

L'étude du régime de dégénérescence quantique pour les gaz dilluées d'alcalins a
été rendue possible grâce à l'utilisation du refroidissement évaporatif dans les
pièges magnétiques. Cette technique repose sur les collisions élastiques entre atomes
froids. Pour étendre cette méthode au cas des atomes de césium 133, nous avons
étudié la section efficace de collision élastique de ces atomes. Nous avons mis
en évidence une forte variation de cette dernière avec la température, traduisant
l'existence d'une résonance à énergie nulle. Nous avons ensuite montré la limitation
du gain dans l'espace des phases, due aux collisions inélastiques qui prennent place
au sein du gaz. Pour les deux états a priori bien adaptés à une expérience de
condensation, l'état foublement polarisé F=m=4 et l'état hyperfin inférieur F=-m=3, nous
avons mesuré des taux de collisions inélastiques exceptionnellement élevés en comparaison
de ceux des autres alcalins. Dans les deux cas, la dépendance en température de ces taux
a été systématiquement étudiée. Pour l'état hyperfin inférieur, un emballement du refroidissement évaporatif a néanmoins permis de gagner plus de cinq ordres de grandeur dans l'espace des
phases, mais les collisions inélastiques ne nous ont pas permis d'atteindre le seuil de
condensation de Bose-Einstein. Pour cet état, une forte dépendance en champ magnétique du taux
inélastique a de plus été observé. L'expérience a ensuite été adaptée aux atomes de rubidium 87,
et a conduit à l'observation de la condensation de Bose-Einstein. La caractérisation du condensat
et sa durée de vie sont détaillées dans la thèse.

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Guéry-Odelin, David. "Dynamique collisionnelle des gaz d'alcalins lourds : du refroidissement evaporatif a la condensation de bose-einstein." Paris 6, 1998. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001134.

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Abstract:

L'etude du regime de degenerescence quantique pour des gaz dilues d'alcalins a ete rendue possible grace a l'utilisation du refroidissement evaporatif dans les pieges magnetiques. Cette technique repose sur les collisions elastiques entre atomes froids. Pour etendre cette methode au cas des atomes de cesium 133, nous avons etudie la section efficace de collision elastique de ces atomes. Nous avons mis en evidence une forte variation de cette derniere avec la temperature, traduisant l'existence d'une resonance a energie nulle. Nous avons ensuite montre la limitation du gain dans l'espace des phases, due aux collisions inelastiques qui prennent place au sein du gaz. Pour les deux etats a priori bien adaptes a une experience de condensation, l'etat doublement polarise (f = m = 4) et l'etat hyperfin inferieur (f = m = 3), nous avons mesure des taux de collisions inelastiques exceptionnellement eleves en comparaison de ceux des autres alcalins. Dans les deux cas, la dependance en temperature de ces taux a ete systematiquement etudiee. Pour l'etat hyperfin inferieur, un emballement du refroidissement evaporatif a neanmoins permis de gagner plus de cinq ordres de grandeur dans l'espace des phases, mais les collisions inelastiques ne nous ont pas permis d'atteindre le seuil de la condensation de bose-einstein. Pour cet etat, une forte dependance en champ magnetique du taux inelastique a de plus ete observee. L'experience a ensuite ete adaptee aux atomes de rubidium 87, et a conduit a l'observation de la condensation de bose-einstein. La caracterisation du condensat et sa duree de vie sont detaillees dans la these.

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Artizzu, Paola. "Combustion catalytique du méthane à haute température : application dans les turbines à gaz." Lyon 1, 1996. http://www.theses.fr/1996LYO10261.

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Abstract:

L'objectif de ce travail etait de synthetiser des catalyseurs actifs pour la reaction de combustion du methane, qui se realise dans le dernier etage de travail des turbines a gaz ou la temperature atteint des valeurs comprises entre 1200c et 1400c. En plus d'une activite intrinseque en oxydation, ces catalyseurs doivent conserver leur activite meme apres un traitement a haute temperature. Ces catalyseurs sont constitues par une matrice hexaaluminate de baryum (baal#1#2o#1#9), oxyde mixte thermostable, dans laquelle un ou plusieurs ions aluminium sont substitues par des ions actifs (ions des metaux nobles et ions des metaux de transition). La composition des catalyseurs sera bam#xal#1#2#-#xo#1#9 avec m egal a mn, cu, pd, ir et rh et x compris entre 0,5 et 4. Dans le cas de l'incorporation des metaux nobles, des problemes ont ete rencontres avec le palladium et l'iridium: a cause de la faible stabilite thermique des oxydes correspondants, ces metaux n'ont pu etre introduits dans la structure hexaaluminate. Par contre, un faible pourcentage du rhodium a pu etre incorpore dans la maille hexaaluminate, et le reste se trouvant occlus dans l'aluminate de baryum, phase intermediaire dans la formation de l'hexaaluminate de baryum. En revanche, l'incorporation des ions des metaux de transition donne des resultats plus encourageants. L'introduction d'un ion manganese et d'un ion cuivre dans la maille hexaaluminate conduit a des catalyseurs dont les activites a l'etat frais et a l'etat vieilli sont comparables. La substitution de plusieurs ions aluminium par le cuivre n'est pas possible, sans doute a cause des differences de charges entre les ions al#3#+ substitues et les ions cu#2#+ substituants. L'introduction progressive de plusieurs ions manganese dans la maille hexaaluminate (bamn#xal#1#2#-#xo#1#9, x compris entre 0,97 et 4) permet l'obtention de catalyseurs plus performants pour la reaction de combustion du methane et stables dans les conditions de travail des turbines a gaz. Le solide bamn#2#,#7al#1#1o#1#9 est le catalyseur le plus actif dans la reaction d'oxydation et son application dans les turbines a gaz serait envisageable

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Bernier, Daniel. "Contrôle actif des instabilités de combustion dans les turbines à gaz bas-NOx." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2001. http://www.theses.fr/2001ECAP0718.

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Abstract:

Les instabilités de combustion apparaissent souvent dans les turbines à gaz et engendrent des dommages importants. Le travail mené ici consiste en l'étude du contrôle actif de ces instabilités sur un foyer prémélangé prévaporisé. Une telle étude constitue une étape de base pour l'application du contrôle actif dans les turbines à gaz. Après une analyse détaillée des mécanismes impliqués dans les instabilités de combustion, différents systèmes actionneurs modulant une partie du débit d'air sont testés pour leur application au contrôle actif. Le système le plus efficace agit à la base du brouillard de combustible et permet un contrôle des instabilités en configuration co-rotative des vrilles de l'injecteur. Par contre, le système perd en efficacité à des fréquences supérieures a 300 Hz en configuration contra-rotative. L'actionneur est ensuite utilisé pour évaluer quatre stratégies de contrôle. On considère d'abord une boucle ouverte (injection de bruit blanc) et une boucle fermée élémentaire (ligne à retard). On envisage ensuite deux contrôleurs adaptatifs. Le premier nécessite une identification préalable du comportement du système. Le second réalise cette identification simultanément au contrôle. Dans le foyer étudié, le contrôle en boucle ouverte permet une réduction supérieure à 60% du niveau d'instabilité sans risque de divergence du processus. Les plus fortes réductions sont obtenues avec l'algorithme auto-adaptatif et atteignent 70% du niveau d'instabilité. Dans l'ensemble des stratégies de contrôle, la réduction des instabilités est obtenue avec une modulation de 3% du débit d'air global. Les performances du contrôleur sont principalement limitées par le niveau de modulation obtenu avec l'actionneur et sa bande-passante. La synthèse des stratégies de contrôle permet une discussion sur leur complexité technologique au regard d'une application industrielle.

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Mohamad, Abdul Hamid Jacquet-Richardet Georges. "Réponse forcée des ensembles tournants de turbomachines application au cas d'une turbine à gaz /." [S.l.] : [s.n.], 2002. http://csidoc.insa-lyon.fr/these/2002/mohamad/index.html.

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Zollinger, Julien Combeau Hervé Daloz Dominique. "Influence de l'oxygène sur le comportement à la solidification d'aluminiures de titane binaires et alliés au niobium basés sur le composé intermétallique [gamma]-TiAI." S. l. : INPL, 2008. http://www.scd.inpl-nancy.fr/theses/2008_ZOLLINGER_J.pdf.

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Rehayem, Elias. "Modélisation des turbomachines : Dérivation d’un modèle phénoménologique de combustion pour la simulation de transitoires sur hélicoptères." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC056/document.

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Abstract:

Ce travail propose l’investigation d’une approche physique 0D/1D modélisant les brûleurs de turbines à gaz, prenant en compte l’évaporation du carburant, la turbulence, la combustion, et permet la représentation de zones de dilution et l’implémentation de modèles de chimie des polluants. Il s’agit de sous-modèles répartis dans des composants assemblables dans un environnement numérique multi-domaines basé sur le formalisme de Bond Graph. Ceci permet, par exemple, l’assemblage de plusieurs volumes ouverts en un tube à flamme, l’ajout d’un compresseur et d’une turbine, ou bien aussi d’intégrer des chaînes de commande afin de représenter un hélicoptère complet. L’originalité de cette thèse réside dans l’application d’un paradigme de combustion 0D, issu d’une approche 3D élaborée chez IFP Energies nouvelles et appliquée avec succès aux moteurs alternatifs ainsi qu’à des turbines à gaz. Le sous-modèle intègre le formalisme de flamme cohérente qui distingue une zone de gaz frais d’une zone de gaz brûlés. Les deux zones sont séparées par une flamme turbulente. Le sous-modèle de tube à flamme décrit la flamme grâce à une synthèse issue de résultats de calculs CFD 3D validés par des expériences. En effet, des résultats de calculs LES d’un brûleur expérimental monophasique ont étés analysés pour caractériser la combustion turbulente prémélangée dans un brûleur à tourbilloneur. Enfin, un secteur de brûleur réel de turbomoteur a été étudié à l’aide de simulations CFD afin d’évaluer la pertinence du modèle de tube à flamme 0D/1D et de guider la modélisation permettant de compléter la nouvelle approche de simulation système des turbines à gaz
This work investigates a unique 0D/1D physical approach for gas turbine combustor modelling. It accounts for fuel evaporation, turbulence, combustion, and allows to represent dilution stages. Detailed pollutants formation models can also be added. The chosen formalism, based on the Bond Graph theory approach, allows to describe systems organised in a series of submodel components such as a series of open volumes forming a flame tube, or a combustor coupled to a compressor and turbine but they can also be combined with control and regulation devices in order to represent a complete rotorcraft. The essence of the PhD strategy is the application of a 0D combustion paradigm, obtained at IFP Energies nouvelles by formal reduction of 3D approaches for gas turbines. More in details, a new combustion model was developed integrating the Coherent Flame Model (CFM) formalism which allows to distinguish between fresh gases and burned gases separating them with a turbulent flame. The flame tube submodel features a physical description of the flame thanks to thorough understanding given by 3D CFD simulation results validated against experimental measurements. More specifically, LES results corresponding to a single phase test rig were analysed in order to characterise premixed turbulent combustion in a swirl burner. Finally, a real turboshaft combustor sector case was studied by means of CFD simulations to investigate the relevance of the 0D/1D flame tube model and to determine modelling strategies for the completion of the new gas turbine system simulation approach

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Carbonneau, Xavier. "Contribution à l'optimisation des étages de turbines centripètes de faibles dimensions." Toulouse, INPT, 1998. http://www.theses.fr/1998INPT051H.

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Abstract:

L'étude présentée synthétise les travaux qui ont été poursuivis dans le contexte général de l'optimisation des turbines radiales des systèmes de conditionnement d'air. Tout d'abord nous avons qualifié un étage de turbines centripètes spécialement développé pour l'étude. L'acquisition de la pression et de la température en entrée et en sortie de l'étage, ainsi que du débit et de la vitesse de rotation de la machine, ont permis de définir le champ des performances de l'étage. Ensuite, la détente statique a été qualifiée des bords d'attaque de la roue aux bords de fuites de la roue. Enfin, l'écoulement dans les injecteurs a été mesuré par vélocimétrie laser Doppler. Les acquisitions ont été réalisées, au point de spécification, sur une maquette plane incluant six aubages en position réelle. La confrontation de ces données avec des résultats numériques a permis une meilleure compréhension des phénomènes présents dans ce type de turbines. Nous avons expliqué les conséquences, sur l'écoulement dans le canal de l'injecteur, d'un défaut d'incidence au passage des bords d'attaque des aubages. La complexité de l'écoulement dans la roue a pu être détaillée. Les effets de courbure et les écoulements secondaires ont été identifiés comme sources principales de perte d'énergie, le jeu de carter intervenant comme pondérateur des phénomènes observés.

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Bufi, Elio Antonio. "Optimisation robuste de turbines pour les cycles organiques de Rankine (ORC)." Thesis, Paris, ENSAM, 2016. http://www.theses.fr/2016ENAM0070/document.

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Abstract:

Au cours des dernières années, le cycles organique de Rankine (ORC) ont reçu un grand intérêt de la communauté scientifique et technique en raison de sa capacité à récupérer de l'énergie à partir de sources de chaleur faible. Dans certaines applications, comme la récupération de chaleur des déchets (WHR), les plantes ORC doivent être aussi le plus compact possible en raison de contraintes géométriques et de poids. Récemment, ces questions ont été étudiées dans le but de promouvoir la technologie ORC pour moteur à combustion interne (ICE). L'idée de récupérer ce résidu d'énergie est pas nouvelle et dans les années 1970 la crise énergétique a encouragé le développement de petite ORC plants (1-10 kWe). En raison de la complexité moléculaire du fluides de travail , fort effets de gaz réel doivent être pris en compte en raison de la haute pression et la densité, si on le compare à un gaz idéal. Dans ces conditions, le fluide est connu comme gaz dense. Les gaz denses sont définis comme des vapeurs monophasés, caractérisé par des molécules complexes et avec importantes masses moléculaires. Le rôle de gaz dense dans la gaz dynamique des flux transsonique interne a été largement étudié pour son importance dans les turbomachines. Récemment, l'attention a été concentrée sur des turbines axiales, qui réduisent au minimum la taille du système, en comparaison avec les solutions radiales dans les mêmes rapports de pression et la chute d'enthalpie. Dans ce travail, une nouvelle méthodologie de conception de turbines ORC supersonique est proposé. Elle consiste dans un design à deux dimensions rapide et précise qui est réalisée pour stator et rotor avec une metode de caractéristique (MOC) étendue à une équation d'etat générique. Les effets visqueux sont pris en compte par l'introduction d'une correction turbulente appropriée de la couche limite compressible. Étant donné que les sources de chaleur proposées pour turbines ORC comprennent typiquement des sources d'énergie variables, comme la WHR des procédés industriels ou des applications automobiles, pour améliorer la faisabilité de cette technique, la résistance à des conditions variables d'entrée est prise en compte. L'optimisation numérique sous incertitudes est appelé Optimisation robuste (RO) et il surmonte la limitation de l'optimisation déterministe qui néglige l'effet des incertitudes dans les variables de design et / ou des paramètres de design. Pour mesurer la robustesse d'un nouveau design, les statistiques (la moyenne et la variance, ou écart-type) d'une réponse sont calculées dans le processus RO. Dans ce travail, la conception MOC des ORC aubes supersoniques est utilisé pour créer une profil de référence. Cela est optimisé grâce à une boucle RO. L'optimiseur stochastique est basée sur un modèle de krigeage bayésien de la réponse du système aux paramètres incertains, utilisé pour l'approximation des statistiques de la sortie du système, couplé à une algorithme genetique multi-objectif (NSGA). Une forme optimale qui maximise la moyenne et minimise la variance de l'efficacité isentropique est recherché. L'efficacité isentropique est évaluée au moyen de simulations RANS (Reynolds Average Navier-Stokes) de l'aube. Le comportement thermodynamique du fluide de travail est modélisée au moyen de l'équation d'etat de Peng-Robinson-stryjek-Vera. La forme de l'aube est paramétrée au moyen d'une approche Free Form Deformation. Pour accélérer le RO processus, une modèle de krigeage supplémentaire est construit pour la fonction multi-objectifs et une stratégie adaptif de remplissage basée sur le Multi Objective Expected Improvement es prise en compte afin d'améliorer la précision de krigeage à chaque génération de la NSGA. La forme robuste optimisé d'aube ORC est comparé aux résultats fournis par le MOC et l'optimiseur déterministe
In recent years, the Organic Rankine Cycle (ORC) technology has received great interest from the scientific and technical community because of its capability to recover energy from low-grade heat sources. In some applications, as the Waste Heat Recovery (WHR), ORC plants need to be as compact as possible because of geometrical and weight constraints. Recently, these issues have been studied in order to promote the ORC technology for Internal Combustion Engine (ICE) applications. The idea to recover this residual energy is not new and the 1970s energy crisis encouraged the development of feasible ORC small-scale plants (1-10 kWe). Due to the molecular complexity of the working fluids, strong real gas effects have to be taken into account because of the high pressures and densities, if compared to an ideal gas. In these conditions the fluid is known as dense gas. Dense gases are defined as single phase vapors, characterized by complex molecules and moderate to large molecular weights. The role of dense gas dynamics in transonic internal flows has been widely studied for its importance in turbomachinery applications involved in low-grade energy exploitation, such as the ORC. Recently, the attention has been focused on axial turbines, which minimize the system size, if compared with radial solutions at the same pressure ratios and enthalpy drops. In this work, a novel design methodology for supersonic ORC axial impulse turbine stages is proposed. It consists in a fast, accurate two-dimensional design which is carried out for the mean-line stator and rotor blade rows of a turbine stage by means of a method of characteristic (MOC) extended to a generic equation of state. The viscous effects are taken into account by introducing a proper turbulent compressible boundary layer correction to the inviscid design obtained with MOC. Since proposed heat sources for ORC turbines typically include variable energy sources such as WHR from industrial processes or automotive applications, as a result, to improve the feasibility of this technology, the resistance to variable input conditions is taken into account. The numerical optimization under uncertainties is called Robust Optimization (RO) and it overcomes the limitation of deterministic optimization that neglects the effect of uncertainties in design variables and/or design parameters. To measure the robustness of a new design, statistics such as mean and variance (or standard deviation) of a response are calculated in the RO process. In this work, the MOC design of supersonic ORC nozzle blade vanes is used to create a baseline injector shape. Subsequently, this is optimized through a RO loop. The stochastic optimizer is based on a Bayesian Kriging model of the system response to the uncertain parameters, used to approximate statistics of the uncertain system output, coupled to a multi-objective non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA). An optimal shape that maximizes the mean and minimizes the variance of the expander isentropic efficiency is searched. The isentropic efficiency is evaluated by means of RANS (Reynolds Average Navier-Stokes) simulations of the injector. The fluid thermodynamic behavior is modelled by means of the well-known Peng-Robinson-Stryjek-Vera equation of state. The blade shape is parametrized by means of a Free Form Deformation approach. In order to speed-up the RO process, an additional Kriging model is built to approximate the multi-objective fitness function and an adaptive infill strategy based on the Multi Objective Expected Improvement for the individuals is proposed in order to improve the surrogate accuracy at each generation of the NSGA. The robustly optimized ORC expander shape is compared to the results provided by the MOC baseline shape and the injector designed by means of a standard deterministic optimizer

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Paquet, Bernard. "Développement d'un nouveau type d'injecteur hybride à pression et électrostatique pour turbines à gaz." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1999. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk1/tape8/PQDD_0011/MQ41978.pdf.

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Staffelbach, Gabriel Poinsot Thierry. "Simulation aux grandes échelles et analyse acoustique de turbines à gaz industrielles multi-brûleurs." Toulouse : INP Toulouse, 2006. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000245.

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Crabos, Fabrice. "Caractérisation, évaluation et optimisation de systèmes barrière thermique industriels. Applications aux turbines à gaz." Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT018G.

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Abstract:

Ce travail s'est place dans un cadre general d'evaluation de systemes barriere thermique et de procedes d'elaboration representatifs de la technologie actuelle. Dans une premiere partie, l'influence des caracteristiques de poudres commerciales de zro#2 8% y#2o#3 (% massique) sur les proprietes des depots plasma correspondants a ete etudiee. Quatre conditions necessaires pour une bonne tenue thermomecanique des depots plasma zro#2 8% y#2o#3 ont ete definies: i) une poudre de haute purete (avec en particulier % mgo < 0,05% et % sio#2 < 0,1%) ; ii) une poudre reguliere du point de vue morphologique et granulometrique ; iii) un depot a structure lamellaire fine et microfissuree ; iv) un taux important de phase t' present dans le depot (> 90% environ). Dans un second temps, plusieurs sous-couches mcraly (plasma air, plasma sous vide et codeposition electrolytique) ont ete caracterisees et evaluees en cyclage thermique dans des systemes barriere thermique plasma. Les effets de la rugosite, de l'epaisseur, des proprietes mecaniques et du comportement en oxydation des sous-couches sur la duree de vie en cyclage thermique des barrieres thermiques ont ete mis en evidence et discutes. Enfin, les procedes d'elaboration de depots zro#2 8% y#2o#3 tels que l'ebpvd et la projection plasma induction ont ete etudies. Le mode de degradation des systemes ebpvd par rupture interfaciale alumine/sous-couche ou alumine/zircone ebpvd a ete confirme. Par contre, le comportement decevant en cyclage thermique des systemes ebpvd par rapport aux systemes plasma a ete discute. La comparaison d'un depot zro#2 8% y#2o#3 elabore par projection plasma induction par rapport a ses homologues plasma arc, a permis de montrer une amelioration significative des proprietes thermiques et du rendement de projection pour une tenue thermomecanique equivalente

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Staffelbach, Gabriel. "Simulation aux grandes échelles et analyse acoustique de turbines à gaz industrielles multi-brûleurs." Toulouse, INPT, 2006. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000245/.

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Abstract:

Pour réduire les émissions polluantes, les turbines à gaz sont utilisées dans des conditions opérationnelles susceptibles de provoquer des instabilités. Des tests avant la mise en opération sont donc nécessaires pour diagnostiquer leur possible apparition. Pour les turbines annulaires, ces tests sont effectués sur des configurations réduites avec un seul brûleur. Cette thèse propose d'étudier en utilisant la Simulation aux Grandes Echelles les phénomènes d'interaction entre brûleurs et l'impact des modes acoustiques azimutaux sur les brûleurs. Deux phénomènes négligés si on considère que un seul brûleur. De plus on s'intéresse au phénomène d'accrochage de flamme à l'aide d'une flamme pilote
Pollutant emissions restrictions have driven gas turbine manufacturers to employ new technologies and to operate these systems in extreme operating conditions where combustion instabilities may develop. Extended experimental and numerical studies are required to assess the danger to the turbine. For annular combustors, most tests are performed in reduced single-burner configurations. This thesis proposes to study using Large Eddy Simulation two phenomena that are neglected: burner/burner interaction and the impact of acoustic azimuthal modes on the burners. An additional issue considered is the effect of the pilot fuel injection on the flame stability

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Mohamad, Abdul Hamid. "Réponse forcée des ensembles tournants de turbomachines : application au cas d'une turbine à gaz." Lyon, INSA, 2002. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2002ISAL0035/these.pdf.

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Abstract:

Les turbomachines sont les pièces maîtresses de domaines stratégiques comme le transport (moteur d'avion, turbo-compresseur de véhicule automobile. . . ) et la production d'énergie (turbine à vapeur de centrale. . . ). Compte tenu de la complexité de leur comportement dynamique, la richesse des excitations possibles et pour bien avancer vers un meilleur contrôle de leurs problèmes, la conception des machines ne peut plus être basée sur la prévision des seules caractéristiques de type fréquences et modes propres. Il devient donc indispensable d'être en mesure de simuler le comportement réel de la structure en fonctionnement, simulation de type réponse forcée sous excitations induites par l'environnement. Cet objectif est un enjeu majeur dans le domaine des turbomachines et mobilise des efforts de recherche importants. Il n'est cependant pour l'instant que très partiellement atteint. L'un des mécanismes principaux d'excitation des aubages est lié à la rotation de la structure dans un champ fluide stationnaire perturbé. Ces perturbations sont les inévitables conséquences des obstacles traversés par le fluide. Conjuguées à la rotation elles agissent sur l'aubage comme une force répartie variable au cours du temps et sont donc capables, sous certaines conditions, d'exciter ses fréquences naturelles. L'objectif du travail présenté est de conduire une série d'études de base afin d'être en mesures de mieux maîtriser les mécanismes mis en jeu ainsi que les techniques numériques adaptées à leur modélisation. Le premier chapitre recense les modèles couramment rencontrés et établi un modèle analytique utilisé comme référence pour la suite du travail. Le second chapitre permet d'établir les techniques de prise en compte des excitations réparties dans les modèles éléments finis, pour les structures cycliques. Le troisième chapitre clarifie le domaine de validité des mécanismes de réponse mis en évidence. Enfin, le dernier chapitre présente une application sur un aubage réel de turbine
Turbomachines is the pieces in strategic fields such as transport (aircraft motor, turbo-compressor of motor vehicle…) and the energy production (vapor turbine of power station…). Taking into account the complexity of their dynamic behavior, the richness of possible excitations and for advancing towards a better control of their problems, the design of the machines cannot only be based on the forecast of the characteristics of type frequencies and modes. It thus becomes essential to be able to stimulate the real behavior of the structure under operation, simulation of type forced response under excitations induced by the environment. This objective is a major aspect in the turbomachines field and mobilizes significant research efforts. However, at the moment it is for only very partially achieved. One of the main excitation mechanisms of the blades is related to the rotation of the structure in a distributed stationary fluid field. These perturbations are the inevitable consequence of the obstacles crossed by the fluid. Combined with the rotation they operate on the blades as a distributed force variable throughout time and are thus able, under certain conditions, to excite its natural frequencies. The objective of work presented is to lead a series of basic studies in order to be able to control the mechanisms better which are brought into play as well as the numeric techniques adapted to their modeling. The first chapter enumerates the models usually met and establishes an analytical model used as a reference for the continuation of work. The second chapter makes it possible to establish the techniques of taken into account of the excitations distributed in the finite elements models, for the cyclic structures. The third chapter clarifies the field of validity of the mechanisms of the highlighted response. Finally, the final chapter presents an application on a real turbine blade

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Abasian, Fatemeh. "Conception et analyse thermodynamique d'une microturbine pour la production d'électricité." Master's thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/35277.

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Abstract:

Dans ce travail, un prototype de turbine activée par une décharge d’air comprimé a été produit et testé pour trouver sa géométrie optimale, et ce, sur la base d'un modèle thermodynamique. Un dispositif expérimental, a été spécialement conçu pour tester la turbine. Il comprend un système de piston et de valves servant à charger un réservoir d’air comprimé, ainsi qu'une valve de fin de course servant à déclencher la décharge du réservoir à travers la turbine. L'appareil expérimental permet la mesure directe de la pression et de la température dans le réservoir et utilise un système d'acquisition de données basé sur LabVIEW. Pour assurer une mesure précise de ces paramètres, des thermocouples à réponse rapide et des capteurs de pression sont utilisés. Le modèle thermodynamique de charge et de décharge d'un réservoir est déterminé par un processus polytropique afin de prévoir la pression et la température de l’air à l'intérieur du réservoir. De plus, l’influence des paramètres de la turbine, tels que la vitesse angulaire initiale de l’arbre de la turbine et les bords avant ou arrière des aubes du rotor et du stator, a été étudiée en fonction de ses performances. Les résultats montrent que la turbine avec une vitesse angulaire initiale peut fournir un rendement supérieur à chaque impulsion. De plus, la plus grande vitesse angulaire initiale de la turbine contribue à une puissance plus élevée. En outre, les angles appropriés peuvent limiter la probabilité de séparation sur la trajectoire du mouvement du fluide.

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Belgacem, Mayouf. "Étude de réacteurs équipés de turbines autoaspirantes : modélisation et simulation pour le cas d'une turbine Rushton." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2000. http://www.theses.fr/2000INPL131N.

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Abstract:

L'étude a porté sur le fonctionnement de contacteurs gaz-liquide alimentés en gaz par une ou deux turbines autoaspirantes. Les mobiles étudiés sont la turbine Rushton et la turbine à pales inclinées à pompage bas. Dans la première partie de ce travail, le cas d'une seule turbine autoaspirante a été étudié. Les paramètres de l'hydrodynamique globale et locale, ainsi que le transfert de matière ont été déterminés pour chacun des mobiles et pour différentes configurations géométriques. Ce travail a permis de mettre en évidence les différents régimes existants pour la turbine Rushton autoaspirante et de les comparer au cas d'une turbine Rushton alimentée par un distributeur de gaz. La modélisation et la simulation d'un réacteur équipé d'une seule turbine autoaspirante Rushton ont également été faites. La comparaison des deux types de mobiles, Rushton et à pales inclinées montre que cette dernière est très intéressante comme mobile autoaspirant et présente des performances similaire à celles de la turbine Rushton , jusqu'à 3,5 kW/m3. La deuxième partie de cette thèse a porté sur l'association de deux turbines, dont au moins une est autoaspirante. Nous avons d'abord montré l'existence de la double autoaspiration. Puis nous avons étudié différentes associations de mobiles (turbine Rushton, turbines à pales inclinées à pompage haut et bas), autoaspirante ou pas, et identifié les paramètres géométriques (position des mobiles les uns par rapport aux autres et par rapport au bas du réacteur) qui peuvent influencer les performances du réacteur (rétention gazeuse globale, débit gazeux autoaspiré et le transfert de matière). L'association de deux turbines Rushton a ainsi été montrée comme la plus performante. Enfin, la comparaison avec un réacteur monoétagé permet de noter les avantages du multi-étagé autoaspirant qui permet d'atteindre des taux de rétention gazeuse nettement supérieur et des valeurs du coefficient volumique de transfert de matière kLa jusqu'à trois fois plus grand.

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Cenusa, Victor-Eduard Feidt Michel Benelmir Riad Badea Adrian. "Contribution à l'amélioration du couplage thermodynamique entre l'installation de la turbine à gaz et l'installation de la turbine à vapeur dans les centrales électriques à cycles combinés gaz/vapeur." (S.l.) : (s.n.), 2004. http://www.scd.uhp-nancy.fr/docnum/SCD_T_2004_0228_CENUSA.pdf.

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Abstract:

Thèse doctorat : Mécanique et Energétique : Nancy 1 : 2004. Thèse doctorat : Mécanique et Energétique : Universitatea politehnica (Bucarest) : 2004.
Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre.

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Bisson, Jérémie. "Modélisation 0D/1D des émissions de particules de suie dans les turbines à gaz aéronautiques." Mémoire, École de technologie supérieure, 2014. http://espace.etsmtl.ca/1328/1/BISSON_J%C3%A9r%C3%A9mie.pdf.

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Abstract:

Face à une réglementation de plus en plus exigeante sur les émissions de particules d’aéronef à laquelle s’ajoutent des incertitudes entourant leur formation et leurs effets sur l’atmosphère, une meilleure compréhension de leurs mécanismes physico-chimiques et de leurs interactions avec les composantes des moteurs s’impose. Ce mémoire porte sur le développement d’un modèle 0D/1D de combustion avec production de suies dans une turbine à gaz aéronautique. Un des objectifs majeurs de cette étude a été d’évaluer la qualité des prédictions en matière d’émissions de suies obtenues avec ce modèle pour différentes configurations de vol. Ce dernier devrait permettre à terme la réalisation d’études paramétriques sur des moteurs existants ou futurs avec un temps de calcul minimal. Le modèle représente plusieurs zones de la chambre de combustion et des modules turbines et tuyère par un réseau de réacteurs chimiques (CRN) couplé à une cinétique détaillée de combustion du kérosène et à un modèle dynamique de formation des particules de suie utilisant la méthode des moments. Ce CRN a été appliqué au moteur CFM56-2C1 sur les configurations de vol du cycle LTO (Landing-Take-Off) étudiées dans la campagne expérimentale sur les émissions de particules aéronautiques APEX-1. Le modèle a été validé principalement sur les données thermodynamiques du moteur et les concentrations de polluants (H2O, COX, NOX, SOX) mesurées dans cette même étude. Cette première étape de validation opérée, le modèle a par la suite été utilisé pour le calcul du diamètre moyen ainsi que les indices d’émissions massiques et en nombre de la population de particules. Globalement, le modèle est représentatif des conditions thermodynamiques au sein du moteur et parvient à prédire les émissions de polluants majeurs, particulièrement à forte puissance moteur. Concernant les émissions de particules de suie, la capacité du modèle à prédire simultanément les indices d’émissions et le diamètre moyen n’a pu être validée que partiellement. En effet, les indices d’émissions massiques restent supérieurs aux résultats expérimentaux notamment à forte puissance. Ces écarts sur cet indice d’émissions peuvent être la conséquence d’incertitudes sur les paramètres thermodynamiques du CRN et sur la distribution de l’air dans la chambre de combustion. L’analyse de l’évolution de l’indice d’émissions en nombre de particules le long du CRN a également souligné la nécessité de revoir le modèle de nucléation employé et d’envisager à l’avenir l’implantation d’un mécanisme d’agrégation des particules.

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Truffin, Karine Cuenot Bénédicte. "Simulation aux grandes échelles et identification acoustique des turbines à gaz en régime partiellement prémélangé." Toulouse : INP Toulouse, 2008. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000663.

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Truffin, Karine. "Simulation aux grandes échelles et identification acoustique des turbines à gaz en régime partiellement prémélangé." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2005. http://oatao.univ-toulouse.fr/7719/1/truffin1.pdf.

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Abstract:

Dans les foyers aéronautiques, une des stratégies adoptée pour réduire l'émission de polluants et faciliter la stabilisation de la flamme, est d'injecter séparément les réactifs dans la chambre de combustion. L'objectif de cette thèse est de développer et de valider l'approche LES (Large Eddy Simulation) de la combustion turbulente partiellement prémélangée dans les turbines à gaz. La conception des nouvelles chambres de combustion moins polluantes, passe par la compréhension de phénomènes instationnaires, tels que les instabilités de combustion. Dans ce contexte, des méthodes pour identifier la réponse de la chambre aux perturbations acoustiques, responsables des instabilités, sont étudiées et améliorées. Dans un premier temps, une étude bibliographique rappelle les caractéristiques essentielles de trois types de combustion rencontrés dans les turbines à gaz (prémélange, diffusion, prémélange partiel). Un état de l'art sur la réduction des schémas cinétiques est proposé à l'issu duquel des schémas cinétiques réduits à deux et quatre étapes sont présentés. Ces schémas ont été développés et validés dans cette thèse. Le modèle de flamme épaissie dynamiquement a été spécialement étendue dans cette thèse aux schémas cinétiques multi-réactions (DTF_MS) en prenant en compte les termes sources de toutes les espèces. Il est intégré dans le code LES AVBP. Ces modèles de combustion doivent prendre en compte les spécificités de la réaction et de l'écoulement: zones de mélange, prémélange à richesse variable, interactions flamme/turbulence, émission de polluants. La deuxième partie décrit les méthodes de mesure des fonctions de transfert. Deux méthodes (FTF et ITM), couramment utilisées numériquement et expérimentalement pour identifier la réponse de la flamme, sont comparées. La formulation FTF est améliorée pour être pleinement compatible avec les approches ITM dans le cadre de l'acoustique linéaire 1D. La troisième partie présente l'étude d'un brûleur propane/air, installé au laboratoire EM2C(Ecole Centrale, Paris). Cette partie représente un premier cas de validation de la LES réactive dans une configuration académique non prémélangée. Les nombreuses comparaisons avec l'expérience permettent de vérifier la qualité de la LES et de mettre en évidence les points à améliorer, en particulier la modélisation de la cinétique. L'évaluation de la réponse instationnaire de la flamme soumise à des perturbations acoustiques est réalisée en comparant les moyennes de phase LES/expérience et en déterminant les fonctions de transfert. Les résultats justifient l'utilisation des méthodes FTF étendues. Enfin, les simulations d'un prototype de brûleur industriel (installé au DLR Institut Technologique de Propulsion à Cologne) ont permis de valider différents points. Tout d'abord, elles montrent que les modèles de combustion sont applicables à une géométrie aussi complexe. Ensuite, elles permettent une première validation des modèles développés dans cette thèse. Les champs moyens obtenus avec deux schémas cinétiques (deux et quatre étapes) sont comparés. Enfin, elles rendent compte de phénomènes instationnaires complexes, tels que les PVC ("Precessing Vortex Core"), les couplages acoustique/hydrodynamique et les instabilités de combustion.

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Cenusa, Victor-Eduard. "Contribution à l'amélioration du couplage thermodynamique entre l'installation de la turbine à gaz et l'installation de la turbine à vapeur dans les centrales électriques à cycles combinés gaz/vapeur." Nancy 1, 2004. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2004_0228_CENUSA.pdf.

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Abstract:

Dans le 1er chapitre on fait : a) une présentation de l'état de l'art sur les turbines à gaz (TG) et sur les cycles combinés gaz/vapeur (CC); b) une analyse du CC qui utilise la technologie "H". Le 2eme chapitre présente le modèle mathématique originaux et le logiciel de modélisation de la TG, en partant des données de catalogue (données fabricant). Les chapitres 3 et 4 présentes les modèles mathématiques et les logiciels de modélisation et d'optimisation exergétique de la chaudière de récupération (CR) avec un respectivement deux niveaux de pression de production de vapeur, dans des conditions de surface totale imposée de transfert de chaleur. Dans le chapitre 5 on fait l'analyse de sensibilité sur l'optimisation de la CR. Le chapitre 6 présente l'optimisation des CC avec des CR ayant un ou deux niveaux de pression pour la production de vapeur sans resurchauffe. La partie finale contient les conclusions de la thèse
In 1st chapter is made: a) a presentation the state of the art in gas turbines (GT) and combined cycles (CC); b) an analyze of CC which use "H" technologies. The 2nd chapter shows the original mathematical model and the computing program of GT, based on sheet data (manufacturer's data). The 3rd and 4th chapters show the mathematical models and computing programs for the heat recovery steam generator (HRSG) exergetic optimization with one and two pressure level of steam production, by imposing the total heat transfer area. Into the 5th chapter is made a sensibility analysis of HRSG optimization. The 6th chapter shows the CC optimization with HRSG which have one or two pressure level of steam production without reheating. The final section contents the closing conclusions

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Jean, Joël, and Joël Jean. "Characterisation of different biofuel blends for cold start and altitude relight in aeroengines." Master's thesis, Université Laval, 2018. http://hdl.handle.net/20.500.11794/35414.

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Abstract:

L'objectif du projet de recherche est d'identifier les biocarburants les plus prometteurs pour une utilisation dans les turbines à gaz actuelles réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre. Cette étude examinera le fonctionnement d’une chambre de combustion tubulaire lors de tests d’opérabilités (démarrage à froid et rallumage en haute altitude) en déterminant les ratios carburant-air minimum et maximum. Pour évaluer leur rendement de combustion par rapport à ces conditions d’opérabilités, les enveloppes d’allumages sont obtenues pour sept nouveaux mélanges de biocarburants obtenus à partir de la caméline ou du jatropha mélangé avec du Jet A-1 et diverses teneurs en aromatiques comparées au carburant de référence soit le Jet A-1. Ces nouveaux mélanges de biocarburants ont été sélectionnés en fonction de la durabilité de l’approvisionnement et du potentiel de réduction des émissions. En général, le projet a démontré que les mélanges de biocarburants de deuxième génération sont des carburants alternatifs viables au pétrole actuel apportant également des avantages environnementaux et pouvant être produits en grandes quantités sans impact majeur sur la chaîne d'approvisionnement alimentaire.
L'objectif du projet de recherche est d'identifier les biocarburants les plus prometteurs pour une utilisation dans les turbines à gaz actuelles réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre. Cette étude examinera le fonctionnement d’une chambre de combustion tubulaire lors de tests d’opérabilités (démarrage à froid et rallumage en haute altitude) en déterminant les ratios carburant-air minimum et maximum. Pour évaluer leur rendement de combustion par rapport à ces conditions d’opérabilités, les enveloppes d’allumages sont obtenues pour sept nouveaux mélanges de biocarburants obtenus à partir de la caméline ou du jatropha mélangé avec du Jet A-1 et diverses teneurs en aromatiques comparées au carburant de référence soit le Jet A-1. Ces nouveaux mélanges de biocarburants ont été sélectionnés en fonction de la durabilité de l’approvisionnement et du potentiel de réduction des émissions. En général, le projet a démontré que les mélanges de biocarburants de deuxième génération sont des carburants alternatifs viables au pétrole actuel apportant également des avantages environnementaux et pouvant être produits en grandes quantités sans impact majeur sur la chaîne d'approvisionnement alimentaire.
The objective of the proposed research is to identify the most promising drop-in biofuels for use in aircraft gas turbines and their potential to reduce greenhouse gases. This investigation reviews proper engine operability (cold start and altitude relight) and allows determining the minimum and maximum fuel-air ratios for these conditions. To evaluate their relative combustion performance, cold start and altitude relight maps are obtained for seven new biofuel blends obtained from camelina or jatropha mixed with Jet A-1 fuel with various aromatic contents and compared to Jet A-1 as the baseline fuel. These new biofuel blends were selected based on sustainability of supply and potential for reduction of emissions. In general, the project demonstrated that at least second generation biofuel blends are viable alternative fuels to the current petroleum based that can also bring environmental benefits and can be producible in large quantities without impacting the food supply chain.
The objective of the proposed research is to identify the most promising drop-in biofuels for use in aircraft gas turbines and their potential to reduce greenhouse gases. This investigation reviews proper engine operability (cold start and altitude relight) and allows determining the minimum and maximum fuel-air ratios for these conditions. To evaluate their relative combustion performance, cold start and altitude relight maps are obtained for seven new biofuel blends obtained from camelina or jatropha mixed with Jet A-1 fuel with various aromatic contents and compared to Jet A-1 as the baseline fuel. These new biofuel blends were selected based on sustainability of supply and potential for reduction of emissions. In general, the project demonstrated that at least second generation biofuel blends are viable alternative fuels to the current petroleum based that can also bring environmental benefits and can be producible in large quantities without impacting the food supply chain.

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Bouchoule, Isabelle. "Refroidissement par bandes latérales d'atomes de Césium et quelques applications." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011771.

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Abstract:

Les expériences présentées dans ce mémoire ont été effectuées sur des atomes de Césium piégés dans un réseau lumineux non dissipatif produit par deux faisceaux d'un laser Nd:YAG. Verticalement, les atomes sont confinés dans des micro-puits indépendants au fond de chaque maximum d'intensité et le confinement horizontal est assuré par la forme gaussienne des faisceaux. Le fort confinement vertical nous a permis, en mettant au point un refroidissement optique par bandes latérales, d'accumuler environ 95% des atomes dans l'état fondamental du mouvement dans la direction verticale. A partir de cet état quantique pratiquement pur, nous avons produit d'autres états quantiques et, grâce à une technique d'imagerie en absorption, nous avons visualisé directement leur distribution en vitesse. Tout d'abord, nous avons réalisé le premier état excité du mouvement des atomes dont la distribution en vitesse s'annule en v = 0. Nous avons ensuite réalisé des états non stationnaires du mouvement et visualisé l'évolution temporelle de leur distribution en vitesse. Ainsi, l'évolution d'une superposition des deux premiers niveaux vibrationnels et celle d'états comprimés ont été enregistrées. Les états comprimés sont, comme l'état fondamental, des états d'incertitude minimum (ΔpΔz = \hbar /2) mais leur distribution en impulsion est plus fine que celle de l'état fondamental. Une réduction d'un facteur 4 a été obtenue. En appliquant le refroidissement du mouvement vertical pendant un temps long, grâce au transfert d'énergie du mouvement horizontal au mouvement vertical assuré par les collisions, nous avons refroidi le mouvement dans les trois directions. Nous avons ainsi obtenu une température T ~ 3 µK pour laquelle 80% des atomes sont dans l'état fondamental du mouvement vertical. Enfin, une étude de temps de thermalisation montre que la résonance de diffusion à énergie nulle du Cesium n'est pas affectée par le fort confinement vertical.

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Martin, Charles-Etienne Cuenot Bénédicte. "Étude énergétique des instabilités thermo-acoustiques et optimisation génétique des cinétiques réduites." Toulouse : INP Toulouse, 2006. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000177.

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Lartigue, Ghislain Poinsot Thierry. "Simulation des grandes échelles et instabilités de combustion." Toulouse : INP Toulouse, 2005. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000128.

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Boileau, Matthieu Cuenot Bénédicte. "Simulation aux grandes échelles de l'allumage diphasique des foyers aéronautiques." Toulouse : INP Toulouse, 2008. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000558.

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Dioc, Nathalie. "Etude expérimentale des mécanismes d'instabilité dans un brûleur à injection étagée : application aux turbines à gaz." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2005. http://www.theses.fr/2005ECAP0994.

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Abstract:

Cette étude expérimentale vise à analyser les mécanismes d'instabilité dans un brûleur à injection étagée. Pour cela, un brûleur académique a été dimensionné de façon à être représentatif des turbines industrielles. La caractérisation complète de ce brûleur a ensuite été réalisée par la mise en place de diagnostics variés. L'analyse spectrale des régimes de fonctionnement du brûleur a mis en évidence des régimes instationnaires, propices au développement d'instabilités. En parallèle, les émissions polluantes sont minimales pour les pulsations maximales, du fait de l'amélioration locale du mélange. Cet effet antagoniste est associé à l'effet local de l'étagement sur la structure, et plus particulièrement, sur la position du point de stabilisation de l'écoulement. L'étude aérodynamique de l'écoulement non-réactif a permis d'identifier un " vortex breakdown ", méthode classique de stabilisation des écoulements à fort nombre de swirl. Plus précisément, l'écoulement rotationnel induit un " Precessing Vortex Core " avec une importante zone de recirculation interne. La fréquence de rotation de la structure a été estimée proche des fréquences rencontrées dans les mécanismes d'instabilité, la similarité entre écoulement froid et réactif restant à déterminer. Une étude précise de la structure de flamme nous a permis d'associer l'effet de l'étagement à la position et la forme globale de la zone de réaction. Fort de l'expérience acquise sur le brûleur académique concernant les mécanismes d'instabilité, une configuration semi-industrielle est étudiée. L'établissement de la fonction de transfert du brûleur doit permettre l'analyse de stabilité du système
This experimental study aims to analyse instability mechanisms in an injection-staged burner, as in gas turbines. Therefore, an academic burner has been designed to be representative of industrial configurations. The complete characterization of this burner has been performed with different diagnostics: laser induced fluorescence, particle imaging velocimetry, laser tomography, etc. Spectral analysis of the burner has revealed non-stationary regimes, necessary in the development of unstable modes. In parallel, pollutant emissions are minimized for high levels of pulsation, as mixing is locally improved. This antagonist behaviour is associated to the influence of staging on flame structure and more particularly on the position of flame stabilization. A study of non-reactive flow aerodynamics enables to identify a “vortex breakdown” stabilization, typical of high-swirl burners. Precisely, the swirl movement implies a structure of “Precessing Vortex Core”, with an important internal recirculation zone. The stagnation point of this PVC is located in the injection system. The rotation frequency of the structure has been estimated near frequencies observed for unstable regimes. But, the similarity between non-reactive and reactive flows needs to be demonstrated. A detailed study of flame structure points out the link between staging and global shape and position of the reaction zone. With knowledge acquired on academic burners concerning instability mechanism, an industrial configuration has been implemented. The establishment of transfer functions enables to analyse the response of the burner to external pulsations

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Matteï, Jérémie Hugo. "Modélisation analytique et numérique de la cavité interne d'un injecteur rotatif fronde pour turbines à gaz." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27485/27485.pdf.

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MATHIS, GAEL. "Outils de détection de rupture et de diagnostic : application à la surveillance de turbines à gaz." Rennes 1, 1994. http://www.theses.fr/1994REN10121.

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Abstract:

L'objet de cette these est l'elaboration d'un systeme de surveillance adapte a un moniteur de combustion d'une turbine a gaz. Afin d'atteindre ce but, nous suivons la demarche generale de surveillance elaboree a l'irisa. Elle consiste a partir d'une modelisation reduite mais suffisante pour discriminer les pannes a detecter, a construire une mesure de distance pertinente entre les observations mesurees et le modele choisi. Pour cela, nous nous placons selon un point de vue local et grace a des principes d'invariance nous ramenons le probleme de detection de pannes non lineaires a un probleme plus simple de detection de changement de moyenne dans une suite de variables aleatoires gaussiennes independantes et de meme matrice de covariance. Des detecteurs hors-ligne et en-ligne sont construits permettant la detection des pannes. Nous proposons plusieurs methodes de diagnostic afin de localiser les pannes. Cette etude est appliquee sur un grand nombre d'observations reelles. De plus, nous proposons la construction de detecteurs hors-ligne et en-ligne a partir des etimateurs de type robbins-monro. Enfin, nous exposons une methode de surveillance a base de reseaux d'ondelettes permettant de nous affranchir du modele physique de la turbine

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Bazin, Antoine. "Modélisation numérique du retour de chaleur post-arrêt dans une turbine à gaz." Master's thesis, Université Laval, 2013. http://hdl.handle.net/20.500.11794/25410.

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Abstract:

Le retour de chaleur est un phénomène bien reconnu pour entrainer le vieillissement prématuré et l’éventuelle défaillance des moteurs à combustion interne en condition post-arrêt. Les études de ces systèmes, plus particulièrement de la turbine à gaz, ont démontré la tendance de la chaleur à diffuser librement vers les sections, pièces et cavités (telle la chambre de combustion), plus froides du moteur, à partir du moment où les pièces rotatives s’immobilisent. Principalement composé de convection naturelle, le front de chaleur risque d’entrainer l’oxydation prématurée du carburant (cokage) demeuré dans les injecteurs supérieurs. Cette étude propose un modèle par mécanique des fluides numérique (MFN), capable de reproduire le retour de chaleur dans une chambre de combustion tubulaire modifiée, et d’évaluer ses conséquences sur le système de distribution de carburant. Le modèle numérique fera plus tard l’objet de validation par des tests expérimentaux, sur cette chambre équipée de masses complémentaires d’accumulation thermique.
Heat soak-back is a phenomenon observed in many thermal applications including internal combustion engines. Post shutdown studies of these systems, particularly gas turbines, have shown that a massive heat wave could diffuse in the engine causing potential damage. As moving parts in the engine immobilize, heat diffuses freely from hotter to colder sections, including cavities such as the combustor. Primarily composed of free convection, the heat front in the combustor may cause premature coking in the top dead center injectors as the buoyant hot air tends to reach the upper section of the combustor. The following investigation implies computational fluid dynamics (CFD) simulation in order to predict the thermal behaviour and magnitude of this soak-back phenomenon inside a modified can combustor test rig and its potential consequences on the fuel delivery system. The numerical model will eventually be validated using experimentations with this combustor equipped with complementary thermal accumulation masses.

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Dissertations / Theses on the topic 'Turbines à gaz – Refroidissement'

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