Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’enseignement Sup

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université M’Hamed Bougara Faculté des Hydrocarbures et de la Chimie Département Transport et Equipements des Hydrocarbures Mémoire de Master Spécialité : Génie mécanique Option : MAUP Présentée par : MENAD RIYADH THEME ETUDE NUMIRIQUE DU REFEROIDISSEMNT DES AUBES D’UNE TURBINE A GAZ HAUT PRESSION Soutenu publiquement le ... /... /.... Devant le jury : Président de jury: ...................................................................... Encadreur: ...................................................................... Co-Encadreur: ...................................................................... Examinateurs: ...................................................................... ...................................................................... Boumerdès:2020 2 Nous remercions en premier lieu, le dieu tout puissant, de nous avoir donné courage, patience et violenté pour élaborer ce modeste travail . Nous exprimons nos sincères remerciements : A notre encadreur Mr : SAHNOUNE KHALED Pour Sa contribution au travail que nous avons réalisé. A l’ensemble des enseignants du département du Transport et Equipements des Hydrocarbures. . Nos remerciements les plus sincère a tout ceux qui nous ont aidé de prés ou de loin, par leurs encouragement leurs conseils et leurs critiques. Merci 3 Je dédie ce travail à ma très chère mère et mon père. A mon frère : Hassene et mes sœurs. A tous mes enseignants. Et toute la classe de MAUP15 Ainsi qu’à tous mes amis et proches. MENAD Riyadh 4 ملخص: تعتبر الزيادة في درجة الحرارة عند مخرج غرفة االحتراق في التوربينات الغازية أحد أهم الكفآت . لكن هذه األخير ة لها تأثير مباشر عل فرة ش ى التوربين عالي،الضغط ً ا ودائمًا األمر الذي يتطلب تبريدًا مستمر. هذه االشكالية توجهنا ل لبحث عن طرق التبريد التي تسمح بالحفاظ على عناصر التوربين في حالة جيدة ، مع ضمان التشغيل السليم لألخير. لفهم هذه المشكلة بشكل أفضل ، قمنا بإجراء دراسة رقمية لشفرة مبردة بتقنية التبريد الداخلي بالحمل الحراري القسري باستخدام برنامجANSYS 20.0 .لهذا الغرض ، يتم تبريد شفرة التوربينات وفقًا لعدة شرو ط للسرعة ودرجة حرارة مدخل الهواء البارد لفهم تأثير األخير على متوسط درجة الحرارة ، ومتوسط تدفق الحرارة للشفرة وكفاءة تبريد. كلمات مفتاحية: . التوربينات الغازي ة ، شفرة،التوربينات Ansys ، الحمل الحراري. Résumé: L’augmentation de la température à la sortie de la chambre de combustion d’une turbine à gaz, est considérée comme l’une des performances les plus importants, Mais cette dernière influe directement sur les aubes de la turbine haute pression, qui lui faut un refroidissement continu et permanent. Cette problématique, nous guidons à la recherche des méthodes de refroidissement qui permette de garder un bon état des éléments de turbine, tout en assurant un bon fonctionnement de ce dernier. Et pour comprend mieux ce problème on a fait une étude numérique pour une aube refroidie par la technique de refroidissement interne par convection forcée par l’utilisation du logiciel ANSYS 20.0. A cet effet, une aube de turbine refroidie selon plusieurs conditions de vitesse et température d’entrée d’air froid pour comprendre l’influence de ce dernier sur la température moyenne, le flux de chaleur moyen de l'aube et l’efficacité de refroidissement. Mots clés: turbine à gaz, aube, Ansys, convection forcée. Abstract: The increase in temperature at the exit of the combustion chamber of a gas turbine is considered one of the most important performances. However, this has a direct effect on the blades of the high-pressure turbine, which requires continuous and permanent cooling. This is the issue we are guiding in the search for cooling methods that keep the turbine components in good condition, while ensuring proper operation of the turbine. And to better understand this problem we have made a numerical study for a blade cooled by the technique of internal cooling by forced convection using the ANSYS 20.0 software. For this purpose, a turbine blade was cooled according to several conditions of inlet velocity and inlet temperature of cold air to understand the influence of the latter on the average temperature, the average heat flow of the blade and cooling efficiency. Keywords: gas turbine, blade, Ansys, forced convection. 5 SOMMAIRE Introduction générale ………………………........................................................................ 07 Chapitre 1: Généralités sur les turbines à gaz ……………..…………….............................. .. 09 1.1 Introduction………………………………………………………..................... .. 10 1.2 Définition de la turbine à gaz .................................................... ......................... ..10 1.3 Historique de la turbine à gaz ............................................................. ………….. 11 1.4 Composition de la turbine à gaz.. .............................................. ......................... ..12 1.5 Principe de fonctionnement de la turbine à gaz......................................................16 1.6 Les domaines d’application des turbines à gaz ......................................................17 1.7 Classification des turbines à gaz..................... .......................................................18 1.8 Avantages des turbines à gaz................... ..............................................................20 1.9 Inconvénients des turbines à gaz ........... ............................................................. .21 1.10 Aube de turbines à gaz ...................... .............................................................. .21 1.11 Grille d’aubes ...................................... .............................................................. .23 1.12 Conclusion … .................................. ................................................................. .23 Chapitre 2: Technique de refroidissement des aubes de turbine à gaz ...................................24 2.1 Introduction: …………………………………………… ………………….........25 2.2 Transfert de chaleur sur les aubes des turbines à gaz ...........................................26 2.3 Pourquoi refroidir les aubes de turbine à gaz ? .....................................................27 2.4 Paramètres influençant la conception d’aubes refroidies par air ..........................28 2.5 Techniques de refroidissement..............................................................................30 2.6 Prélèvement de l'air de refroidissement..................................................... .......... 34 2.7 Couplages des méthodes de refroidissement............................................. ...........35 2.8 Théorie de calcul des flux de chaleur .......................................................... ........35 2.9 Etude bibliographique sur le refroidissement des aubes des turbines à gaz. ........39 2.10 Conclusion … .................................................................................................... 40 Chapitre 3: Modélisation mathématique ..............................................................................41 3.1 Introduction …....................................................................................................42 3.2 Technique de refroidissement.............................................................................42 3.3 Mise en équations ............................................................................................. 43 3.4 Modélisation de la turbulence............................................................................46 3.5 Conclusion … .................................................................................................. .47 Chapitre 4: Simulation Numérique ......................................................................................48 4.1 Introduction:……………………………………………………………………...........49 4.2 Méthodes numériques de simulation ................................................................49 4.3 Simulation …………......................................................................................... 50 4.4 Etapes de simulation ..........................................................................................51 6 4.5 Présentation du cas étudié..................................................................................52 4.6 Présentation de la géométrie …………………………………………………..52 4.7 Génération du maillage …………………………………………………...…...53 4.8 Conditions aux limites …………………………………………………..…...55 4.9 Convergences des résultats ………………………………………..…………..57 4.10 Résultat et interprétation ………………………………………..…..………..57 4.11 Conclusion ................................................................................................... .66 Conclusion générale ……………………………………………………………………..67 Glossaires ………………………………………………………………………………....68 Références ………………………………………………………………………………...69 Annexes ……………………………………………………………………………………71 7 Introduction générale Il est connu que la puissance de la turbine dépend de la température des gaz à l’entrée de celle-ci. Ainsi pour augmenter la puissance, les lois thermodynamiques ont conduit à rechercher une température entrée turbine la plus élevée possible. Le niveau de température est cependant limité par la résistance mécanique de la matière qui compose les aubes de la turbine qui conduits au phénomène de déformations excessive de la géométrie de la turbine et influence négativement sur ses performances et sa durée de vie. Un volume important de travaux de recherches est donc à réaliser dans le but de repousser cette barrière technologique. Les matériaux développés doivent supporter à la fois : - Les températures élevées. - Les contraintes (mécaniques, thermiques, chimiques) Des alliages réfractaires très spécifiques et des procédés très pointus (métallurgie des poudres pour les disques, coulée microcristalline pour les aubes) sont ainsi mis au point. L’efficacité des circuits de refroidissement doit être maximale, car un prélèvement sur le cycle, de l’air nécessaire, s’accompagne d’une perte de rendement global, c’est encore un domaine de prédilection pour l’aérodynamique et ses méthodes de simulation numérique. Les parties turbine à gaz qui ont reçu un intérêt particulier de refroidissement sont les aubes de turbines. Celles-ci peuvent être refroidies par différentes méthodes, chacune d’elles utilise un fluide de refroidissement qui passe à travers l’aube afin que celle-ci garde sa résistance. Le refroidissement avec du liquide est plus efficace mais une installation de refroidissement de ce genre est très complexe. Cependant le refroidissement par air est très souvent utilisé car il permet une efficacité appréciable. Les critères d’un bon refroidissement découlent des principes de transfert de chaleur dans une conduite fermée. Par conséquent pour obtenir un bon échange de chaleur dans de tels systèmes il est nécessaire de satisfaire les deux exigences suivantes : -Un écoulement du fluide de refroidissement bien étudié. -Une grande surface de transfert. Le présent travail intéressé à l’étude numérique de refroidissement (par convection forcé) des aubes d’une turbine a gaz haut pression. Notre thèse est composée de quatre chapitres dont le déroulement est : Le premier chapitre nous allons exposer une vue générale sur les turbomachines en particulier les turbines à gaz, principe de fonctionnement, composant, types,...etc. 8 Le deuxième chapitre s’intéresse a la description des techniques de refroidissement des aubes des turbines à gaz, refroidissement par (convection interne forcée, impact de jet de fluide, eau, air et par film). Ainsi que la théorie de calcul des flux de chaleur dans les aubes et étude bibliographique sur le refroidissement des aubes des turbines à gaz. Le troisième chapitre sert à présenter plus clairement possible le modèle mathématique utilisé dans ce travail ayant servi à la prédiction du refroidissement interne des aubes et présenter le modèle de turbulence k-ε. Le quatrième chapitre pose précisément la problématique étudie, il donne un résumé sur les étapes de simulation par logiciel ANSYS CFX très utilisé en (CFD, heat transfert) et on présente les résultats numériques obtenus. Ces résultats seront discutés. Enfin, nous achevons notre travail par une conclusion générale 9 Chapitre 1 Généralités sur les Turbines à gaz 10 1.1 Introduction Les turbomachines sont des machines composées d'une ou plusieurs séries d'aubages alternativement sur le stator et le rotor. Les turbomachines thermiques permettent la conversion de l`énergie thermique en énergie mécanique par l'intermédiaire d’un fluide de travail. uploads/Geographie/ pfe-etude-numirique-du-refroidissement-des-aubes-d-x27-une-turbine-a-gaz-hp.pdf