FR2630210A1

FR2630210A1 - Procede et dispositif pour mesurer la distribution du flux thermique et du coefficient de transfert de la chaleur sur la surface d'un composant refroidi utilise dans un environnement a haute temperature

Info

Publication number: FR2630210A1
Application number: FR8904796A
Authority: FR
Inventors: Eugene Frank Adiutori
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-04-13
Filing date: 1989-04-12
Publication date: 1989-10-20
Also published as: JPH01299449A; GB2217453A; GB8908124D0; DE3910430A1; US4916715A

Abstract

On détermine la distribution du flux thermique et du coefficient de transfert de la chaleur sur une surface d'un composant 12 utilisé dans un environnement à haute température en fournissant au composant un réfrigérant ayant des caractéristiques prédéterminées et en mesurant la distribution de la température sur une surface prédéterminée. Le flux thermique à chaque point de mesure de la température de la surface du composant est déterminé à partir de données d'étalonnage du flux thermique obtenues avant que le composant soit mis en service et alors qu'il fonctionne dans les conditions de refroidissement normales. Le coefficient de transfert de la chaleur à divers emplacements de la surface du composant est déterminé à partir du flux thermique indiqué par les données d'étalonnage du flux, de la température de la surface, et de la température de l'environnement dans lequel le composant est situé. Application à la conception des composants refroidis utilisés dans les machines.

Description

I 2630210

La présente invention concerne la réalisation de composants refroidis qu'on utilise dans les machines et, plus particulièrement, un procédé et un dispositif pour

mesurer la distribution du flux thermique et des coeffi-

cients de transfert de la chaleur sur la surface de compo- sants refroidis, tels que ceux qu'on rencontre dans les moteurs à turbine à gaz et autres machines employant des

composants refroidis dans un environnement à haute tempéra-

ture. On sait équiper des composants mécaniques dans des

machines, telles que les moteurs à turbine à gaz, de dispo-

sitifs de refroidissement de manière à permettre le fonc-

tionnement de la machine à des températures supérieures à

celles qui seraient possibles en l'absence de tels disposi-

tifs. Les températures de fonctionnement plus élevées per-

mises par de tels dispositifs de refroidissement se tradui-

sent pas des performances et un rendement meilleurs de la machine.

Pour réaliser un dispositif optimum de refroidis-

sement pour des composants qui fonctionneront dans un envi-

ronnement à haute température, il est nécessaire de détermi-

-- 2 --0

-2-

ner la distribution du flux thermique sur la surface du com-

posant qui est exposé aux hautes températures. Un procédé connu pour déterminer la distribution du flux thermique consiste à prendre des mesures réelles dans un système en fonctionnement en utilisant des jauges de mesure du flux thermique qu'on trouve dans le commerce et qu'on place sur la surface du composant. On peut se procurer des jauges de ce type auprès de la société dite RdF Corporation de Hudson, New Hampshire. Cependant, on ne peut utiliser ces jauges dans des applications o la température à laquelle elles seront exposées dépasse leur valeur maximum permise, généralement de l'ordre de 250 C. Cette température maximum

permise est trop basse pour prendre des mesures significa-

tives sur un composant utilisé dans un environnement à haute température tel que celui d'un moteur -à turbine à gaz dans lequel les températures peuvent dépasser 1 000 C. De plus, les jauges de flux thermique à pellicule qu'on trouve dans

le commerce ont des dimensions de l'ordre de 6 à 12 milli-

mètres, les rendant trop grandes pour de nombreuses applica-

tions. En outre, ces jauges ont une résistance thermique

considérable qui a un effet sur l'amplitude du flux ther-

mique et sa distribution et peuvent ainsi introduire de sérieuses erreurs de mesure. Les jauges de flux thermique ont généralement une résistance thermique de l'ordre de 0,015 à 0,055 C/W/m2/h qui peut être à l'origine d'une erreur considérable lorsque l'équipement de mesure est

exposé à des valeurs importantes du flux thermique.

On trouve dans le commerce des jauges de flux thermique qui peuvent supporter des températures élevées, par exemple les jauges à clinquant circulaire vendues par la société dite Thermogage Inc. de Frostburg, Maryland. Elles ont un diamètre d'environ 12 à 25 millimètres, c'est-àdire un diamètre trop élevé.pour être utilisées sur de petits composants.

Un second procédé connu pour déterminer la distri-

3 -

bution du flux thermique implique la prédiction de la dis-

tribution du flux thermique sur la surface d'un composant en se basant seulement sur une analyse. Le coefficient de transfert de'la chaleur (h) est calculé analytiquement et la distribution du flux thermique (q/A) en fonction des coor- données x et y est calculée en utilisant l'équation suivante: (q/A)xy = hxy(Técoulement principal - Tsurface, x, y), (1) o Técoulement principal est la température de l'environnement dans lequel le composant fonctionne, -par

exemple la température d'un fluide chaud passant sur la sur-

face du composant. Tsurface est la température de la surface

pour laquelle on détermine la distribution du flux ther-

mique. Cependant, comme il n'est pas possible de prédire avec précision le coefficient de transfert de la chaleur h à l'exception des géométries très simples, ce procédé de détermination de la distribution du flux thermique n'est pas

précis ou fiable pour de nombreux composants ayant des geo-

métries compliquées tels que ceux qu'on rencontre dans les

moteurs des avions modernes.

Un troisième procédé connu pour déterminer la dis-

tribution du flux thermique implique la prédiction de la

distribution du flux thermique sur la base d'une extrapola-

tion de mesures effectuées au laboratoire prises sur un

modèle du composant ou prises sur le composant lui-même.

Lorsqu'on utilise un modèle, celui-ci est généralement situé dans un environnement frais avec des éléments chauffants électriques fixés à la surface, par exemple, une série

d'éléments chauffants à fil, tels que les éléments chauf-

fants dits Calrod, qu'on place dans des rainures usinées dans la surface du modèle. L'énergie appliquée aux éléments

chauffants, Técoulement principal et Tsurface sont mesures.

Le flux thermique est calculé à la lumière de l'énergie mesurée pour l'élément chauffant et des valeurs locales du coefficient h de transfert de la chaleur qu'on obtient à partir de l'équation 1. Les valeurs locales du coefficient h de transfert de la chaleur qu'on obtient à partir du modèle font l'objet d'une extrapolation pour tenir compte des conditions de réalisation de l'équipement afin d'obtenir des

-5 valeurs h pour le composant réel. On calcule alors la dis-

tribution du flux thermique pour le composant réel à partir

de l'équation 1.

Cependant, la précision de la distribution du

coefficient de transfert de la chaleur qu'on obtient en uti-

lisant ce procédé est compromise parce que la surface du modèle est plus chaude que l'environnement. La différence de température à travers la couche limite entre le composant et l'environnement est par conséquent d'un sens opposé à celui

concernant un composant refroidi se trouvant dans un envi-

ronnement plus chaud. Comme le coefficient mesuré pour le transfert de la chaleur dépend du sens de la différence de température à travers la couche limite, la précision de la

distribution du flux thermique calculée avec ces coeffi-

cients mesurés du transfert de la chaleur est influencée de

façon néfaste et peut ne pas être précise pour des compo-

sants réels fonctionnant dans un véritable appareil. Ce pro-

cédé souffre également du fait que les éléments chauffants doivent être isolés les uns des autres et utilisés à la même

température de manière à minimiser la conduction transver-

sale de la chaleur. Plus spécialement, chaque zone d'un élé-

ment chauffant doit avoir des dimensions d'au moins 6 milli-

mètres, ce qui est trop élevé pour tester des petits compo-

sants.

On peut également extrapoler les mesures effec-

tuées en laboratoire sur un composant réel pour les adapter aux conditions réelles de fonctionnement. Dans ce cas, on fait fonctionner le composant dans un environnement à haute température, des jauges.de mesure du flux thermique étant montées sur sa surface. On lit les valeurs du flux thermique

à partir des jauges et mesure Tsurface et Técoulement prin-

-5- cipal On calcule les valeurs h du coefficient de transfert de la chaleur en utilisant l'équation 1. Les valeurs h déterminées dans les conditions du laboratoire sont alors

extrapolées pour tenir compte des conditions réelles. Cepen-

dant, comme on utilise des jauges de mesure du flux ther- mique, les problèmes inhérents à l'emploi de telles jauges sont présents dans ce procédé, comme ils l'ont été dans celui décrit ci-dessus, qui emploie également des jauges de

cette nature.

A la lumière des difficultés présentes dans les procédés connus de détermination de la distribution du flux thermique et de la distribution du coefficient de transfert de la chaleur sur les surfaces des composants refroidis, il existe depuis longtemps un besoin, non satisfait, pour un procédé différent de mesure de ces paramètres qui évite de

telles difficultés.

La présente invention résout les problèmes soule-

vés par l'art antérieur et satisfait le besoin exprimé depuis longtemps qu'on a identifié ci-dessus. Un exemple de

réalisation de la présente invention implique la détermina-

tion de la distribution du flux thermique et de la distribu-

tion du coefficient de transfert de la chaleur sur la sur-

face d'un composant refroidi en fixant une multitude de dis-

positifs de mesure de la température à une surface prédéter-

minée du composant, en attachant un élément chauffant à une

surface présélectionnée du composant, en appliquant au com-

posant un écoulement d'un fluide de refroidissement ayant des caractéristiques prédéterminées, en appliquant à

l'élément chauffant différentes valeurs d'énergie, en mesu-

rant l'énergie de l'élément chauffant, la température du réfrigérant et la température à la surface du composant, et en obtenant une donnée d'étalonnage du flux thermique pour chaque dispositif de mesure de la température à partir de l'énergie appliquée à l'élément chauffant, de la température du réfrigérant, et de la sortie du dispositif de mesure de - 6 - la température. La donnée d'étalonnage du flux thermique qu'on a mesurée de cette manière peut être utilisée pour

obtenir les distributions du flux thermique et du coeffi-

cient de transfert de la chaleur pour le composant refroidi dans l'environnement dans lequel il est utilisé.

La suite de la description se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: Figure 1, une vue en coupe transversale d'une aube creuse de turbine ayant des thermocouples fixés à sa surface extérieure selon un mode de réalisation de la présente invention; Figure 2, une partie d'une vue en coupe d'une aube de turbine comportant des fentes remplies d'un matériau à faible conductivité thermique entre les thermocouples fixés A la surface extérieure de l'aube selon un second mode de réalisation de la présente invention; Figure 3, une représentation schématique d'une courbe du flux thermique en fonction de la différence entre

la température d'un thermocouple fixé à la surface exté-

rieure d'une aube creuse de turbine et la température d'un réfrigérant traversant l'intérieur de l'aube; Figure 4, une vue en coupe d'une aube de turbine

instrumentée en fonction d'un mode de réalisation supplémen-

taire de la présente invention; Figure 5, un graphe du flux thermique en fonction de la température pour des thermocouples situés sur l'aube

creuse de la turbine, ou au voisinage de celle-ci, représen-

tée dans une vue en coupe en figure 4.

On donne ici un exemple de la présente invention

qui illustrera la façon dont on satisfait le besoin long-

temps exprimé dans l'art antérieur. Cet exemple de la pré-

sente invention implique la fixation d'une multitude de thermocouples à la surface d'un composant refroidi et l'étalonnage des thermocouples de façon que la température donnée par ceux-ci et la température du réfrigérant fourni - 7 - au composant définissent le flux thermique à l'emplacement

de chaque thermocouple. Après étalonnage, on met le compo-

sant en service et le refroidit de la même manière qu'il était refroidi lors de l'exécution de l'étalonnage. Les courbes d'étalonnage produites en liaison avec l'opération d'étalonnage servent à déterminer le flux thermique à la

surface du composant à partir des sorties des thermocouples.

Le cas échéant, le coefficient de transfert de la chaleur à

l'emplacement de chaque thermocouple est déterminé en divi-

sant le flux thermique mesuré par chaque thermocouple par la différence entre la température de l'écoulement principal et

la température mesurée par chaque thermocouple.

L'étalonnage des thermocouples implique

l'application de chaleur à une aire prédéterminée de la sur-

face du composant. Cela peut s'effectuer en fixant un élé-

ment chauffant à fin clinquant résistif, à l'aire prédéter-

minée du composant. Au lieu d'un seul élément chauffant, on peut utiliser une multitude d'éléments chauffants qui sont capables d'appliquer, ensemble, de la chaleur à la surface prédéterminée. L'étalonnage implique également l'application au composant d'un réfrigérant ayant des caractéristiques prédéterminées, l'application à l'élément chauffant ou aux

éléments chauffants de plusieurs valeurs d'énergie élec-

trique, et la mesure de l'aire des éléments chauffants, des valeurs de l'énergie appliquée aux éléments chauffants, des caractéristiques du réfrigérant telles que le débit, la pression et la température, et des températures à la surface du composant. L'étalonnage est complété par la production de données d'étalonnage sur le flux thermique en surface en

fonction de la température (ou de la différence de tempéra-

ture entre les thermocouples et le réfrigérant) pour chaque thermocouple.

On donnera ici une description détaillée de

l'exemple de la présente invention qu'on vient de résumer. A titre de première étape dans l'exécution de cet exemple de 8 - l'invention, un étalonnage du flux thermique est exécuté sur un composant refroidi. Des thermocouples de petit diamètre

du type K, tels que des thermocouples connus ayant un dia-

mètre d'environ 0,25 millimètre, qui sont revêtus d'une coiffe, mis à la masse et isolés par MgO, et comportent une gaine en acier inoxydable ou en Inconel, sont installés dans des rainures peu profondes qu'on a usinées en plusieurs endroits de la surface extérieure d'un composant comportant

au moins un passage de refroidissement. La figure 1 repré-

sente un exemple de ce type de composant sous forme d'une aube creuse 12 de turbine ayant des thermocouples qu'on a montés dans des rainures usinées dans la surface extérieure de l'aube. Deux de ces thermocouples sont indiqués en figure

1 sous la référence 10.

L'aube 12 de la turbine est normalement exposée à des températures élevées qui peuvent l'endommager ou la détruire. Ces températures peuvent dépasser 1 000 C. Pour minimiser le risque d'endommagement dû aux températures excessives, l'aube 12 comporte un passage de refroidissement 18 dans lequel un fluide de refroidissement est dirigé de manière à maintenir la température de l'aube à une valeur de sécurité. Normalement, le fluide de refroidissement pour des composants, tels que l'aube de turbine de la figure 1, est l'eau et la présente invention fonctionne le mieux pour les composants qui sont refroidis à l'eau, bien qu'il ne soit pas nécessaire que les composants testés selon la présente

invention soient refroidis à l'eau pour obtenir des résul-

tats bénéfiques. Plus spécialement, étant donné que le fluide utilisé dans les étapes décrites ci dessous doit être le même que celui employé pour refroidir le composant lors du fonctionnement réel, la présente invention fonctionne le mieux lorsqu'on emploie de l'eau dans les étapes décrites ci-après qui concernent la fourniture à l'aube pendant les

essais d'un réfrigérant ayant des caractéristiques prédéter-

minées.

- 9-

Bien que la présente invention puisse être exécu-

tée avec une vaste variété de composants refroidis, on pré-

fère qu'elle le soit avec des composants creux ayant de fines parois uniformes car les résultats sont plus faciles à interpréter. Cela est dû au fait que le flux thermique parallèle aux surfaces de telles structures est très faible et que, par conséquent, on peut interpréter les résultats

comme étant basés sur un flux thermique à une dimension.

En conséquence, non seulement l'aube 12 de la tur-

bine de la figure 1 est creuse mais encore la paroi 14 de l'aube est uniforme et de faible épaisseur de manière à décourager un flux thermique transversal et à assurer la précision des résultats sur la base d'une analyse à une dimension. Dans des composants ayant des surfaces analogues à la paroi 14, o il y a un risque de gradient extrême pour le flux thermique se traduisant par un écoulement thermique parallèle à la surface de l'aube, la paroi peut être munie de fentes 16, comme représenté en figure 2, qu'on remplit d'un matériau à faible conductivité thermique tel qu'un matériau plastique ou l'amiante, qui découragera un tel flux

thermique parallèle aux surfaces de l'aube.

Après avoir fixé les thermocouples à la surface de l'aube, on attache alors un élément chauffant 30 en fin clinquant résistif, tel que l'élément chauffant dit Minco

HK131118742, ayant une surface connue, à la surface exté-

rieure du composant de façon qu'il recouvre ies thermo-

couples et une grande partie de la surface extérieure du composant. La surface extérieure de l'aube est alors isolée de manière à assurer que la majeure partie de la chaleur entre dans l'aube et son réfrigérant et non dans l'environnement de l'aube. Un écoulement de réfrigérant ayant des caractéristiques prédéterminées est alors dirigé dans le passage de refroidissement 18. Comme on l'a indiqué ci-dessus, la présente invention fonctionne le mieux lorsque le réfrigérant est constitué d'eau. On peut utiliser toute

- 10 -

source généralement connue de réfrigérant pour fournir le réfrigérant dans la mesure o cette source est capable de fournir du réfrigérant à une température et une pression

connues ou à une température et un débit connus.

On applique alors à l'élément chauffant à pelli-

cule plusieurs valeurs prédéterminées de l'énergie élec-

trique. Pour chaque valeur de l'énergie électrique appliquée

à l'élément chauffant, on prend la température du réfrigé-

rant telle qu'elle est mesurée par un appareil connu pour la mesure, des températures d'un réfrigérant, par exemple avec un thermocouple situé à l'entrée du passage 18. On prend également les températures de surface telles qu'elles sont mesurées par les thermocouples alors que le flux thermique

et le réfrigérant sont appliqués au composant. Le flux ther-

mique pour chaque puissance appliquée à l'élément chauffant est calculé à partir de l'énergie électrique appliquée à l'élément chauffant et de l'aire connue de la surface de

l'élément chauffant.

On utilise les résultats de ces mesures et calculs pour obtenir une donnée d'étalonnage sous forme d'une courbe. Les résultats peuvent être mis sur un graphe tel que celui représenté en figure 3 qui indique le flux thermique en fonction de la différence entre la température mesurée

par le thermocouple en surface et la température du réfrigé-

rant. La donnée peut aussi être entrée dans un appareil informatique capable de la stocker, de calculer le flux thermique, et de donner une équation définissant la courbe d'étalonnage. Dans ce cas, le flux thermique pour chaque thermocouple de surface sera généralement une fonction

linéaire de la différence entre les températures du thermo-

couple et du réfrigérant. En d'autres termes, si on trace manuellement la fonction, elle aura généralement la forme d'une ligne droite, comme cela est indiqué par

l'illustration de la ligne 22 en figure 3.

Après exécution de l'étalonnage du flux thermique,

- 11 -

on enlève alors l'élément chauffant de l'aube de la turbine.

On laisse les thermocouples fixés à la surface de l'aube. On

utilise les courbes résultant de l'étalonnage du flux ther-

mique en même temps que les sorties des thermocouples pour déterminer le flux thermique à chaque thermocouple lorsque l'aube de la turbine est ensuite testée dans un système réel, ou dans une expérience en laboratoire, alors que

l'aube est alimentée en réfrigérant ayant les mêmes caracté-

ristiques que celui utilisé dans l'étalonnage. Plus spécia-

lement, à un certain nombre de points d'essai, on peut

déterminer le flux thermique à chaque thermocouple en mesu-

rant simplement la différence des températures entre le

réfrigérant et le thermocouple et en trouvant le flux ther-

mique au thermocouple à partir de la courbe d'étalonnage pour ce thermocouple. Pour déterminer le coefficient du transfert de la chaleur à chaque thermocouple, à savoir h dans l'équation 1 ci-dessus, on mesure Técoulement principal et on résout l'équation 1 pour obtenir h en utilisant le flux thermique donné par la courbe d'étalonnage. Le calcul des distributions du flux thermique et du coefficient de transfert de la chaleur peut s'effectuer avec un appareil électronique informatique tel qu'un ordinateur numérique

programmé auquel on fournit des signaux électriques repre-

sentant les quantités mesurées et calculées qu'on a décrites

ci-dessus. L'appareil informatique peut être le même appa-

reil que celui dont il a été question en liaison avec la

description de l'opération d'étalonnage.

La figure 4 est une vue en coupe d'une autre aube

24 de turbine qu'on a instrumentée selon la présente inven-

tion. L'aube 24 comporte un certain nombre de thermocouples qu'on a fixés à sa surface extérieure. Les thermocouples placés à l'endroit de la section de l'aube sont indiqués en figure 4 par les références 25-28, 30 et 31. Un élément chauffant à fin clinquant résistif, représenté par la ligne

32 en trait plein est fixé à une partie de la surface exté-

- 12 -10

rieure de l'aube de manière à recouvrir les thermocouples

-28. Les thermocouples 25-28 ainsi recouverts seront uti-

lisés pour assurer les distributions du flux thermique et du coefficient de transfert de la chaleur. Les thermocouples 30 et 31 sont laissés découverts. La sortie des thermocouples

et 31 peut être utilisée pour confirmer que le flux ther-

mique provenant de l'extérieur de l'aube et se dirigeant vers son intérieur est à une dimension comme on le décrit ci-après plus en détail. Un thermocouple 33 à pellicule peut être fixé à la surface extérieure de l'élément chauffant

pour surveiller la température de cet élément, si l'on sou-

haite une telle donnée. Il peut y avoir une multitude de tels thermocouples à pellicule fixés à l'élément chauffant

si l'on désire mesurer la température des éléments chauf-

fants à un certain nombre d'endroits. En plus des thermo-

couples 25-28, 30 et 31, un dispositif de mesure de la tem-

pérature, non représenté en figure 4, est prévu pour mesurer la température du fluide de refroidissement traversant l'intérieur creux 23 de l'aube. Ce dispositif de mesure de la température peut être un autre thermocouple placé de façon à être exposé au fluide de refroidissement lorsqu'il

entre dans l'aube ou la quitte.

La figure 5 est un graphe illustrant la donnée prise à l'aube de turbine de la figure 4 concernant le flux thermique en fonction de la température du thermocouple pour quelques valeurs de l'énergie de l'élément chauffant. Le

graphe donne une série de points ayant chacun deux coordon-

nées. L'une des coordonnées est le flux thermique pour chaque valeur de l'énergie de l'élément chauffant. Comme dans l'exemple précédent de la figure 1, on obtient le flux thermique à partir de la valeur connue de l'énergie de

J'élément chauffant et de la surface connue de cet élément.

L'autre coordonnée des points de la figure 5 est la tempéra-

ture à un thermocouple particulier qu'on obtient à partir de la sortie de ce thermocouple pour chaque valeur du flux

- 13 -

thermique. On trace une courbe régulière passant par chaque

ensemble de coordonnées du flux thermique et de la tempéra-

ture pour chacun des thermocouples. Chaque courbe pour les

thermocouples recouverts de l'élément chauffant est rappor-

tée à un thermocouple correspondant de la figure 4 par une référence avec prime en figure 5. Les courbes 34 et 35 concernent le flux thermique en fonction de la température pour des thermocouples utilisés pour mesurer la température

de l'élément chauffant. Comme les courbes pour le thermo-

couple de la mesure de la température de réfrigérant et les thermocouples 30 et 31 sont virtuellement les mêmes sur

l'échelle de la figure 5, elles ont reçu la référence 36.

Les trois courbes 36 concernent le flux thermique en fonc-

tion de la température pour le thermocouple qui mesure la température du réfrigérant et pour les thermocouples qui ne

sont pas recouverts par l'élément chauffant, plus spéciale-

ment, les thermocouples 30 et 31 en figure 4.

Comme représenté en figure 5, les courbes pour le thermocouple de la mesure de la température du réfrigérant et les thermocouples 30 et 31 sont presque identiques. Elles sont sensiblement horizontales, indiquant que la température dans le voisinage des thermocouples ne change pas avec l'augmentation du flux thermique. Cependant, cela n'est pas

le cas des thermocouples 25-28. Les courbes pour les thermo-

couples 25-28 indiquent que la température dans le voisinage

des thermocouples augmente avec le flux thermique. Il res-

sort également de la figure 5 que le transfert de la chaleur par l'intermédiaire de l'aube est essentiellement à une

dimension, c'est-à-dire que le flux thermique est perpendi-

culaire à la surface extérieure de l'aube. Cela est établi par la différence entre les courbes pour les thermocouples et 31 qui sont les plus proches du bord de l'élément chauffant. Les courbes pour les thermocouples sous l'élément chauffant et pour le thermocouple qui mesure la température

- 14 -

du réfrigérant servent à obtenir la distribution du flux thermique et du coefficient de transfert de la chaleur pour l'aube dans le voisinage de chaque thermocouple de surface,

comme dans le cas de l'agencement de la figure 1. Plus spé-

cialement, une ligne semblable à la ligne 22 de la figure 3 peut être obtenue pour chaque thermocouple 25-28 à partir de sa courbe respective 25'-28' et à partir de la courbe pour

le thermocouple qui mesure la température du réfrigérant.

Cela est obtenu en soustrayant la coordonnée température de

chaque point de la température du réfrigérant de la coordon-

née température correspondante des points pour chacun des

thermocouples 25-28 à chaque coordonnée du flux thermique.

Comme précédemment, les lignes ainsi obtenues peuvent être utilisées pour déterminer la distribution du flux thermique et du coefficient de transfert de la chaleur pour une aube de turbine 24 fonctionnant dans un environnement réel ou

dans une simulation telle qu'une cascade.

--15 -

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour déterminer la distribution du flux thermique sur la surface d'un composant (12), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: fixer un ou plusieurs dispositifs de mesure de la température à une surface prédéterminée du composant afin de mesurer la température de cette surface à l'emplacement de chaque dispositif de mesure de la température;

fixer un élément chauffant (20) à une surface pré-

sélectionnée du composant; -

appliquer au composant un fluide de refroidisse-

ment ayant des caractéristiques prédéterminées; appliquer au composant une multitude de valeurs prédéterminées d'un flux thermique alors que le réfrigérant ayant des caractéristiques prédéterminées est appliqué au composant;

mesurer la température du réfrigérant et la tempé-

rature de la surface prédéterminée du composant pour chaque valeur prédéterminée du flux thermique; et obtenir des données d'étalonnage du flux thermique pour chaque dispositif de mesure de la température à partir de la valeur du flux thermique appliqué à la surface, de la

température du réfrigérant, et de la température de la sur-

face prédéterminée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé à ce que l'étape d'obtention comprend l'étape consistant à: obtenir des données définissant une courbe d'étalonnage du flux thermique pour chaque dispositif de mesure de la température en déterminant des valeurs liées aux quantités prédéterminées du flux thermique appliqué au composant en fonction de la différence de température entre

la surface et le réfrigérant.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'application du fluide de refroidissement

- 16 -

comprend l'étape consistant à appliquer au composant un fluide de refroidissement ayant un débit et une température prédétermines.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'application du fluide de refroidissement comprend l'étape consistant à appliquer au composant un

réfrigérant ayant une pression et une température prédéter-

minées.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur du flux thermique appliqué à la surface est obtenue à partir de l'énergie électrique appliquée à

l'élément chauffant et de l'aire de l'élément chauffant.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que l'étape de fixation d'un ou de plusieurs disposi-

tifs de mesure de la température à une surface prédéterminée

du composant comprend l'étape consistant à fixer un ou plu-

sieurs thermocouples (10) à la surface prédéterminée du com-

posant.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de fixation d'un élément chauffant à une surface présélectionnée du composant comprend l'étape consistant à fixer un élément chauffant à clinquant résistif

(20) à la surface présélectionnée du composant.

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que le composant est un composant d'un moteur à tur-

bine.

9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que le composant est une aube de turbine (12).

10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape consistant à appliquer au composant un fluide de refroidissement comprend l'étape consistant à appliquer un fluide de refroidissement à un ou plusieurs passages ménagés dans le composant et l'étape consistant à fixer un élément chauffant à une surface présélectionnée du composant comprend l'étape consistant à fixer l'élément

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chauffant à une surface extérieure du composant.

11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à:

enlever l'élément chauffant de la surface du com-

posant;

appliquer au composant un fluide de refroidisse-

ment ayant des caractéristiques prédéterminées;

mesurer la température de la surface à chaque dis-

positif de mesure de la température; et déterminer le flux thermique à chaque dispositif de mesure de la température à partir des données d'étalonnage du flux thermique et de la température à chaque dispositif de mesure de la température après l'enlèvement de

l'élément chauffant.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape consistant à appliquer au composant un

fluide de refroidissement ayant des caractéristiques prédé-

terminées comprend l'étape consistant à appliquer au compo-

sant un fluide de refroidissement ayant des caractéristiques

prédéterminées avec l'élément chauffant fixé au composant.

13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à: mesurer la température de l'écoulement principal; et

déterminer le coefficient de transfert de la cha-

leur (h) à chaque dispositif de mesure de la température à partir du flux thermique à chaque dispositif de mesure de la température, de la température de l'écoulement principal, et de la température mesurée par chaque dispositif de mesure de

la température.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé

en ce que l'étape de détermination comprend l'étape consis-

tant à diviser le flux thermique à chaque dispositif de

mesure de la température par la différence entre la tempéra-

ture de l'écoulement principal et la température de chaque

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dispositif de mesure de la température.

15. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à:

enlever l'élément chauffant de la surface du com-

posant;

appliquer au composant un fluide de refroidisse-

ment ayant des caractéristiques prédéterminées;

mesurer la température de la surface à chaque dis-

positif de mesure de la température; et déterminer le flux thermique à chaque dispositif de mesure de la température à partir de la courbe d'étalonnage du flux thermique et de la température à chaque dispositif de mesure de la température après l'enlèvement de

l'élément chauffant.

16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'étape d'application au composant d'un fluide de refroidissement ayant des caractéristiques prédéterminées

comprend l'étape consistant à appliquer un fluide de refroi-

dissement au composant ayant des caractéristiques prédéter-

minées, l'élément chauffant étant fixé au composant.

17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à: mesurer la température de l'écoulement principal; et

déterminer le coefficient de transfert de la cha-

- leur à chaque dispositif de mesure de la température à par-

tir du flux thermique à chaque dispositif de mesure de la température, de la température de l'écoulement principal, et de la température mesurée par chaque dispositif de mesure de

la température.

18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé

en ce que l'étape de détermination comprend l'étape consis-

tant à diviser le flux thermique à chaque dispositif de

mesure de la température par la différence entre la tempéra-

ture de l'écoulement principal et la température à chaque

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dispositif de mesure de la température.

19. Dispositif pour déterminer la distribution du flux thermique sur une surface d'un composant, caractérisé en ce qu'il comprend: un ou plusieurs dispositifs (25-28; 30, 31) de mesure de la température fixes à une surface prédéterminée du composant afin de mesurer la température de cette surface

à l'emplacement de chaque dispositif de mesure de la tempé-

rature.

un élément chauffant (32) fixé à une surface pré-

sélectionnée du composant; un moyen pour fournir au composant un fluide de refroidissement ayant des caractéristiques prédéterminées; un moyen pour mesurer la température du fluide de refroidissement appliquée au composant; un moyen pour appliquer au composant une multitude de valeurs prédéterminées de chauffage au moyen de l'élément chauffant; un moyen pour enregistrer la température du fluide

de refroidissement et la température de la surface du compo-

sant à l'emplacement de chaque dispositif de mesure de la température pour chaque valeur prédéterminée du chauffage; et un moyen pour obtenir des données d'étalonnage du

flux thermique pour chaque dispositif de mesure de la tempé-

rature à partir de la valeur du chauffage appliqué à la sur-

face, de la température du fluide de refroidissement, et de

la température de la surface.

20. Dispositif selon la revendication 19, caracté-

risé en ce que le moyen d'obtention comprend: un moyen pour obtenir des données définissant une courbe d'étalonnage du flux thermique pour chaque dispositif de mesure de la température en déterminant des valeurs liées

aux valeurs prédéterminées du chauffage appliqué au compo-

sant en fonction de la différence de température entre la

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surface et le fluide de refroidissement.

21. Dispositif selon la revendication 19, caracté-

risé en ce que le moyen d'application du fluide de refroi-

dissement comprend un moyen pour appliquer au composant un fluide de refroidissement ayant un débit et une température prédétermines.

22. Dispositif selon la revendication 19, caracté-

risé en ce que le moyen d'application du fluide de refroi-

dissement comprend un moyen pour appliquer au composant un

fluide de refroidissement ayant une pression et une tempéra-

ture prédéterminées.

23. Dispositif selon la revendication 19, caracté-

risé en ce que les dispositifs de la mesure de la tempéra-

ture sont un ou plusieurs thermocouples (25-28; 30, 31).

24. Dispositif selon la revendication 19, caracté-

risé en ce que l'élément chauffant (32) est un élément

chauffant à clinquant résistif (32).

25. Dispositif selon la revendication 19, caracté-

risé en ce qu'il comprend en outre: un moyen pour obtenir le flux thermique à un ou plusieurs dispositifs de mesure de la température à partir

des données d'étalonnage du flux thermique et de la tempéra-

ture mesurée par le moyen de mesure de la température.

26. Dispositif selon la revendication 25, caracté-

risé en ce qu'il comprend en outre: un moyen pour obtenir le coefficient de transfert de la chaleur à un ou plusieurs dispositifs de mesure de la

température à partir du flux thermique obtenu.

27. Dispositif selon la revendication 26, caracté-

risé en ce que le moyen d'obtention du coefficient de trans-

fert de la chaleur comprend un moyen pour mesurer la tempé-

rature d'un écoulement principal.

28. Dispositif selon la revendication 27, caracté-

risé en ce que le moyen d'obtention trouve le coefficient de transfert de la chaleur à un ou plusieurs des dispositifs de

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mesure de la température à partir du flux thermique obtenu, de la température mesurée pour l'écoulement principal, et de la température mesurée par l'un ou plusieurs des dispositifs

de mesure de la température.

29. Dispositif pour déterminer le flux thermique à un ou plusieurs emplacements d'une surface d'un composant dans un environnement à haute température, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen pour appliquer au composant un fluide de refroidissement ayant des caractéristiques prédéterminées;

un moyen pour mesurer la température à un ou plu-

sieurs emplacements de la surface prédéterminée du composant

lorsqu'il fonctionne dans un environnement à haute tempéra-

ture, et un moyen pour déterminer le flux thermique à l'emplacement ou aux plusieurs emplacements du composant à partir de données d'étalonnage du flux thermique et de la

sortie du moyen de mesure de la température.

30. Dispositif pour déterminer le coefficient de transfert de la chaleur pour un ou plusieurs emplacements sur une surface d'un composant dans un environnement à haute température, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen pour appliquer au composant un fluide de refroidissement ayant des caractéristiques prédéterminées;

un moyen pour mesurer la température à un ou plu-

sieurs emplacements de la surface prédéterminée du composant

lorsqu'il fonctionne dans un environnement à haute tempéra-

ture, et

un moyen pour déterminer le coefficient de trans-

fert de la chaleur pour le dit emplacement ou les dits

emplacements à partir de données d'étalonnage du flux ther-

miaue et de la sortie du moyen de mesure de la température.

31. Procédé pour déterminer le flux thermique à un ou plusieurs emplacements de la surface d'un composant dans un environnement à haute température, caractérisé en ce

- 22 -

qu'il comprend les étapes consistant à:

appliquer au composant un fluide de refroidisse-

ment ayant des caractéristiques prédéterminées;

mesurer la température à un ou plusieurs emplace-

ments d'une surface prédéterminée du composant lorsque

celui-ci fonctionne dans un environnement à haute tempéra-

ture, et déterminer le flux thermique au dit emplacement ou aux dits emplacements du composant à partir de données d'étalonnage du flux thermique et des résultats de l'étape

de mesure de la température.

32. Procédé pour déterminer le coefficient de transfert thermique à un ou plusieurs emplacements d'une

surface d'un composant dans un environnement à haute tempé-

rature, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consis-

tant à:

appliquer au composant un fluide de refroidisse-

ment ayant des caractéristiques prédéterminées;

mesurer la température à un ou plusieurs emplace-

ments d'une surface prédéterminée du composant lorsqu'il fonctionne dans un environnement à haute température, et

déterminer le coefficient de transfert de la cha-

leur pour le dit ou les dits emplacements à partir de don-

nées d'étalonnage du flux thermique et des résultats de

l'étape de la mesure de la température.

33. Procédé pour déterminer la distribution du flux thermique sur une surface prédéterminée d'un composant, caractérisé en ce qu'il comprend ies étapes consistant à: appliquer un fluide de refroidissement ayant des

caractéristiques prédéterminées à une surface présélection-

née du composant;

appliquer une valeur prédéterminée d'un flux ther-

mique à une surface présélectionnée du composant alors qu'un

fluide de refroidissement ayant les caractéristiques prédé-

terminées est appliqué au composant;

2630 210

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mesurer la température du fluide de refroidisse-

ment et la température de la surface prédéterminée du compo-

sant pour chaque valeur prédéterminée du flux thermique, et obtenir des données d'étalonnage du flux thermique à partir de la valeur prédéterminée du flux thermique appli- qué au composant, de la température mesurée du fluide de refroidissement, et de la température mesurée de la surface prédéterminée.

34. Procédé selon la revendication 33, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à:

obtenir le flux thermique pour la surface prédé-

terminée du composant à partir des données d'étalonnage du

flux thermique.

35. Procédé selon la revendication 33, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à: obtenir le coefficient de transfert de la chaleur

pour la surface prédéterminée du composant à partir des don-

nées d'étalonnage du flux thermique.