Modèle excluant la radiation 96

Tout d’abord, les profils de température à trois instants précis durant la séquence d’arrêt, sans radiation, sont présentés à la Figure 6-5. Huit secondes après le point d’arrêt (Figure 6-5a), un certain débit est encore présent dans la chambre, refroidissant les solides et empêchant la chaleur emmagasinée en aval de revenir vers l’injecteur. 11 secondes plus tard (Figure 6-5b), les profils des solides sont moins discernables qu’à 8 secondes, dû à la diminution de débit dans le système (notamment dans la section annulaire profonde), qui fait diminuer le gradient de température pariétal. À la fin du calcul de la procédure d’arrêt, soit à 30 secondes du SDP (Figure 6-5c), le retour de chaleur semble déjà commencé, le front de chaleur montrant un signe de retour vers l’injecteur. Le profil de température de la Figure 6-5c semble aussi montrer une recirculation antihoraire dans le tube à flamme, ce

Figure 6-5: Contours de température (K) dans le système durant la séquence d'arrêt avec le modèle k-ω SST, sans radiation. a) SDP+8, b) SDP+19 et c) SDP+30 secondes

Figure 6-6: Vecteurs vitesse (m/s) dans la chambre de combustion, avec le modèles k-ω SST, à SDP+31 secondes (ou 1 seconde après le début du retour de chaleur).

La recirculation montrée à la Figure 6-6 (31 secondes après le point d’arrêt) montre un comportement tel que prédit, au Chapitre 2, c’est-à-dire le mouvement vertical (vers le haut) de l’air en contact avec les masses thermiques (à droite sur la Figure 6-6). L’air réchauffé est ainsi dirigé vers la section supérieure de la chambre de combustion par convection naturelle, et revient vers l’injecteur pour le surchauffer. L’air en contact avec l’injecteur, composante refroidie jusqu’alors par l’air d’admission, est ainsi dirigé vers le bas de la chambre (à cause de sa plus basse température, et donc sa plus grande densité) pour compenser le mouvement de l’air chaud, plus léger, vers le haut, créant ainsi le mouvement antihoraire de l’air dans la chambre. Cette recirculation entraine l’air plus chaud à diffuser au travers des trous du tube afin de propager la chaleur (de l’air chaud) partout dans la chambre. Vers la fin de la procédure d’arrêt, lorsque le débit devient minime, comme à la Figure 6-5c, la diffusion commence à se propager dans la portion du boitier amont du tube à flamme (à gauche dans le système). On peut cependant observer, sur la Figure 6-7, qu’au fur et à mesure que le retour de chaleur se prolonge, plus de chaleur s’accumule dans cette section du boitier. Cette figure montre les contours de température (a) 500, (b) 1 500 et (c) 3 600 secondes après le point d’arrêt.

Figure 6-7: Contours de température (K) dans le système durant le retour de chaleur avec le modèle k-ω SST, sans radiation. a) SDP+500, b) SDP+1500 et c) SDP+3600 secondes

Même plus tard durant le retour de chaleur, comme le démontre la Figure 6-7, la recirculation est présente dans le tube à flamme (l’air frais va pénétrer dans les trous inférieurs de la première masse thermique). Un régime s’établit donc ainsi, et un gradient

de température vertical s’établit partout dans la chambre, à cause de la convection naturelle. Les Figure 6-5c et Figure 6-7, montrent également que le tube à flamme contribue lui aussi au retour de chaleur en fournissant une certaine quantité d’énergie, favorisant ainsi cette recirculation. Enfin, les contours de température montrent très bien que les cavités inter- masses thermiques emmagasinent la chaleur, comme Svensdotter et al. (2007) l’ont observé avec des turbines réelles.

Le graphique de la Figure 6-8 montre l’évolution de température perçue par les thermocouples numériques décrits à la Figure 2-4 (Chapitre 2). On voit très bien, comme prédit, que le retour de chaleur est particulièrement rapide et effectif aux points supérieurs, soit aux thermocouples A, C, F, H et I, notamment lorsque ceux-ci sont positionnés près des masses thermiques. Après les 10 secondes suivant la fin de la procédure d’arrêt cependant, toutes les températures se remettent à descendre, s’expliquant par la perte de chaleur du boitier vers l’environnement (le laboratoire). Bien que ce comportement puisse sembler adéquat, il faut se questionner sur le profil de ce dernier, qui semble se prolonger abusivement (à 3 600 secondes, la température du point I n’a diminué que de 35% par rapport à Tlab, soit 298 K, qui représente l’état final. En fait, l’étirement des profils de

température, et le possible sous-refroidissement, est dû aux conditions pariétales (adiabatiques minces) données à la section chaude (Chapitre 5 et Annexe F), qui approxime la quantité de chaleur disponible au système, mais rend ce dernier indépendant de l’environnement externe. La Figure 6-9, montrant l’évolution de température en divers points dans l’injecteur (a) et près de la buse (b), démontre le même phénomène, soit une certaine stagnation au niveau du refroidissement.

Finalement, la Figure 6-9 démontre que la limite de cokage du carburant (d’environ 400 K (selon le Chapitre 1), n’est pas atteinte dans l’injecteur, ni à la buse. Cependant, au fur et à mesure que l’on s’éloigne de cette dernière (>1 mm), cette limite est atteinte rapidement, montrant l’effet « bouclier » causé par l’inertie thermique de l’injecteur. Cet effet est peut-être surestimé ici, puisque la géométrie exacte de l’injecteur n’est pas connue. En effet, ce dernier incorpore normalement des sections avec ventilation, de façon à isoler le carburant des gaz chauds lors de l’opération du moteur. Or, l’injecteur est considéré dans

donc moins affecté par les changements brusques de température dans la chambre lors du retour de chaleur (par son inertie thermique), qu’il le serait en réalité. Un autre facteur qui semble influencer le retour de chaleur sur l’injecteur, et limiter son effet, est la présence du tube à flamme, qui semble intercepter une importante partie du retour de chaleur. Une disposition d’un injecteur interne (dans le tube à flamme, comme dans un PT6, tel que montré au Chapitre 1 par exemple), aurait entrainé un retour de chaleur beaucoup plus intense sur l’injecteur. Une telle géométrie (tubulaire) ne serait donc pas, à première vue, susceptible d’entrainer la formation de coke dans l’injecteur.

Figure 6-8: Évolution de température des thermocouples montrés à la Figure 2-4 (montrée en mortaise) pour la durée de la simulation