Experimental study of convective heat transfer on the rotor of a discoidal machine : influence of an impinging jet
Étude expérimentale des échanges convectifs sur le rotor d'une machine discoïde : influence d'un jet impactant
Résumé
The need for producing more electric power at a less cost involves the need for better producing, at a higher efficiency. This report poses multiple problems as far as the cooling of electrical machines is concerned, particularly those used within the wind turbines. The ignorance of the phenomena which occur there and the search of cooling improvement justified this study. Work consists of the experimental determination of the convective heat transfer on the surface of a rotating disk, when the steady-state regime is reached: single rotating disk and rotor-stator system with and without impinging jet. An experimental apparatus was developed to locally measure the dissipated energy over the rotating disk surface by using a technique of “thick layer” and infrared thermography. When the disk is rotating, an air flow is created and so a convective heat transfer. The apparatus was validated in a single disk configuration, which is very detailed in literature. The both rotor-stator configurations (with and without jet) let to highlight the influence of the different parameters on the system cooling. As far as the flow structure is concerned, literature data and visualization using a laser technique make possible the analysis of phenomena inside the air gap. Local and mean heat transfer are then correlated.
La nécessité de produire plus d’énergie électrique à un côut moindre entraîne la nécessité de produire mieux, à un rendement meilleur. Ce constat pose de multiples problèmes de refroidissement des machines électriques, notamment celles utilisées au sein des éoliennes. La méconnaissance des phénomènes qui s’y produisent et la recherche de solutions de refroidissement ont motivé cette étude. Le travail consiste en la détermination expérimentale des échanges convectifs à la surface d’un disque en rotation en régime permanent, dans trois configurations : rotor seul et système rotor-stator avec et sans jet. Un banc expérimental a été mis au point pour mesurer localement l’énergie prélevée au disque en rotation en utilisant une technique de « couche épaisse » et la thermographie infrarouge. Le disque est mis en rotation dans de l’air au repos. Cela crée un écoulement d’air à sa surface et un échange de chaleur convectif. L’étude du rotor seul a permis la validation du banc expérimental en comparaison aux données bibliographiques, très complètes sur cette configuration. Les configurations rotor-stator avec et sans jet ont permis de mettre en évidence l’influence des différents paramètres sur le refroidissement du système. Les données bibliographiques sur les écoulements et les visualisations effectuées permettent de faire une analyse des phénomènes mis en jeu. Les transferts de chaleur locaux et moyens à la surface du disque en rotation sont ensuite corrélés par des lois faisant intervenir les paramètres géométriques et dynamiques de l’étude.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)