Effets de la rugosité de surface sur les pertes de charge et le transfert thermique des mini-canaux obtenus par fabrication additive de l’Inconel 718

Abstract

Les microturbines renversées avec des pales en céramique présentent un concept prometteur pour les systèmes à propulsion hybride dans le domaine de l’aéronautique. Les pales en céramique permettent d’opérer la turbine à très haute température. Ces pales sont retenues en compression, à cause de leur faible résistance en tension, à l’aide d’un anneau de composite en carbone qui à son tour doit être refroidi par un anneau de refroidissement pour le protéger thermiquement. L’anneau de refroidissement est formé par un réseau annulaire de mini-canaux suivant un angle déterminé. Idéalement, l’obtention de l’anneau de refroidissement se fait grâce à la fabrication additive métallique vue la complexité de la géométrie, notamment grâce à la fusion laser sur lit de poudre (Laser powder bed fusion, LPBF). Cependant, ce procédé de fabrication engendre une rugosité de surface élevée ainsi que des déviations géométriques. Le présent travail permet de comprendre les effets de la rugosité de surface sur les pertes de charge et le transfert thermique local de l’anneau de refroidissement. Des mini-canaux représentatifs sont obtenus par LPBF de l’Inconel 718. Ensuite, un procédé de polissage par flux abrasif développé au laboratoire a été ajusté et appliqué aux différents échantillons afin de modifier la rugosité de surface. Les résultats montrent que le diamètre hydraulique augmente de 27 % et la rugosité baisse de 85 % après 120 minutes de polissage. Par le biais d’un banc de test expérimental, les pertes de charge ainsi que le transfert thermique, associés aux différentes rugosités de surface, sont évalués et comparés à la littérature. Les résultats montrent que les pertes de charge diminuent de 44 % pour une durée de 120 minutes de polissage. Cependant, contrairement à la littérature, la rugosité de surface générée par LPBF des mini-canaux n’améliore pas le transfert thermique. Cette observation confirme que l’effet de la rugosité de surface sur le transfert thermique dépend non seulement de sa valeur, mais aussi de sa forme.