Full coverage film cooling using compound angle

An experimental and numerical study is carried out on a cooling film issuing from a multiperforated wall of a simplified combustor. The objectives of this work are to achieve a better understanding of the dynamics of the film and to construct an experimental database on a simplified geometry in order to test numerical models. A parametric study of film cooling efficiency based on the direction of the cooling air injection is presented and shows that a swirling injection greatly enhances the cooling efficiency. As accounting for multiperforated walls in numerical simulations cannot be done at the jets scale because of computing resources, in this article are presented RANS computations performed using a uniform boundary condition to provide the injection of coolant. Two injection models are applied on this boundary and numerical results are compared to experimental data in the recovery region. The standard model is shown to be totally inappropriate while the multiperforation model delivers promising results although some weaknesses appear very close to the wall. To cite this article: B. Michel et al., C. R. Mecanique 337 (2009).

RésuméUne étude expérimentale et numérique est menée sur un film de refroidissement provenant d'une paroi multiperforée d'une chambre de combustion simplifiée. Les objectifs de ce travail visent à améliorer la compréhension de la dynamique du film et à construire une base de données expérimentales afin de pouvoir tester des modèles numériques. Une étude paramétrique de l'éfficacité du refroidissement par film basée sur la direction de l'injection de l'air de refroidissement est présentée et montre que la mise en giration du film améliore significativement l'efficacité du refroidissement. La prise en compte des parois multiperforées à l'échelle de jets s'avérant très difficile dans les simulations numériques à cause des ressources informatiques nécessitées, dans ce papier sont présentés des calculs RANS réalisés avec une condition limite uniforme utilisée pour assurer l'injection de l'air de refroidissement. Deux modèles d'injection sont appliqués sur cette condition limite et les résultats numériques sont comparés aux données expérimentales dans la zone de recouvrement. Le modèle standard s'avère totalement inapproprié tandis que le modèle Multiperforation montre des résultats encourageants même si des faiblesses apparaissent en proximité de la paroi. Pour citer cet article : B. Michel et al., C. R. Mecanique 337 (2009).