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Conclusion generale et perspectives

De
58 pages
Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
Conclusion generale et perspectives Synthese du manuscrit Ce travail de these repond a une problematique cruciale pour la conception des foyers aeronautiques : elaborer un outil numerique capable de predire la dynamique instationnaire de la flamme diphasique au sein d'une chambre de combustion industrielle. En plus du regime etabli, deux regimes instationnaires essentielles pour les turbines sont etudies : la phase d'allumage et un regime pulse. Cette derniere etude s'inscrit dans une approche plus globale de methodes couplant mecanique des fluides et acoustique afin de mieux predire les instabilites de combustion. L'approche SGE est choisie pour ses capacites a simuler precisement les ecoulements fortement ins- tationnaires. Les methodes RANS sont moins bien adaptees a l'etude d'une phase d'allumage et les methodes DNS ne sont pas applicables, a l'heure actuelle, a des geometries reelles. Cette constatation est le point de depart du developpement d'AVBP : code parallele, volumes finis, explicite, capable de realiser des simulations aux grandes echelles d'ecoulements reactifs dans des geometries complexes. Cependant, cet outil ne permettait pas jusqu'alors de prendre en compte la phase dispersee et se limitait donc a des applications ou le carburant etait injecte sous forme gazeuse ou dont le temps d'evaporation du spray liquide etait tres court. Partie I : developpement d'une extension aux problematiques diphasiques Apres un etat de l'art des etudes menees sur la combustion diphasique presente dans le Chap.

  • phase d'allumage

  • importance du processus d'evaporation dans la structure

  • spray

  • etape supplementaire dans la comprehension physique des interactions spray

  • instationnaires essentielles pour les turbines

  • comprehension des phenomenes instationnaires

  • combustion

  • resultats ins- tantanes

  • flamme diphasique turbulente


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Conclusiong´en´eraleetperspectives
Synth`esedumanuscrit Cetravaildeth`eser´epond`auneprobl´ematiquecrucialepourlaconceptiondesfoyersae´ronautiques: ´elaborerunoutilnume´riquecapabledepre´direladynamiqueinstationnairedelaammediphasiqueau seindunechambredecombustionindustrielle.Enplusdure´gime´etabli,deuxre´gimesinstationnaires essentiellespourlesturbinessont´etudie´s:laphasedallumageetunre´gimepulse´.Cettederni`eree´tude s’inscrit dans une approche plus globale de me´thodes couplant me´canique des fluides et acoustique afin demieuxpr´edirelesinstabilite´sdecombustion. LapprocheSGEestchoisiepoursescapacit´esa`simulerpr´ecis´ementles´ecoulementsfortementins-tationnaires.Lesm´ethodesRANSsontmoinsbienadapte´esa`le´tudedunephasedallumageetles m´ethodesDNSnesontpasapplicables,`alheureactuelle,a`desge´om´etriesre´elles.Cetteconstatationest lepointdede´partdud´eveloppementdAVBPrseliear´edelbapac,eticilv,lomusensie,px:codeparall`ele dessimulationsauxgrandes´echellesdecoulementsre´actifsdansdesge´ome´triescomplexes.Cependant, ´ cetoutilnepermettaitpasjusqualorsdeprendreencomptelaphasedisperse´eetselimitaitdonc`ades applicationsoulecarburante´taitinjecte´sousformegazeuseoudontletempsd´evaporationduspray ` liquide´etaittr`escourt.
PartieI:de´veloppementduneextensionauxprobl´ematiquesdiphasiques
Apre`sun´etatdelartdes´etudesmen´eessurlacombustiondiphasiquepr´esent´edansleChap.1,de nombreuxeffortsrestent`afairepourcomprendreetmod´eliserlesph´enom`enesinstationnairesausein dunechambredecombustionre´ellealiment´eeencarburantliquide.Meˆmesilacombustionturbulente este´tudie´edepuisdenombreusesd´ecennies,lacombustiondespraynapasatteintunetellematurite´et peudoutilsSGEsontde´die´s`acetyped´ecoulement,notammentavecunformalismeeul´erien. Loutilde´veloppe´danscetravaildetheseconstitueunensemblecompletdemod`elespourlasi-` mulationauxgrandes´echellesde´coulementsre´actifsauseindege´ome´triescomplexes.Cependant,ce formalismefaitapparaıˆtredesbesoinsenmod´elisation:atomisationprimaireetsecondaire,mode`lede sous-maillepourlaphasedispers´ee,mouvementd´ecorr´el´e,granulom´etriemulti-classes,interactiondu spray avec les parois... En conclusion, l’outil de´veloppe´ et valide´ dans la partie I permet de re´aliser unee´tudedefaisabilit´edelasimulationde´coulementsfortementinstationnairestelsquedesse´quences dallumage,enprenantencomptelaphasedispers´ee.
CONCLUSION G´EN´ERALE ET PERSPECTIVES Partie II : application du solveur LES diphasique `a une chambre industrielle
LeChap.6pre´senteunee´tudeSGE`afroidet`achauddunfoyerr´eel.Le´tude`afroidportesurladis-persionetle´vaporationdunsprayetmeten´evidencelinuencedeladynamiquedelaphaseporteuse sur le mouvement des petites gouttes. Le processus d’e´vaporation produit du carburant gazeux principa-lement dans les zones o `u la dynamique de la phase porteuse maintient les gouttes et augmente leur temps dere´sidence.Lelienentredynamiquedesdeuxphases,e´vaporationetm´elangeestainside´taille´.Le´tude `achaudpermetded´eterminerlesm´ecanismesdestabilisationdelaammediphasique.Lesr´esultatsins-tantane´smontrentlimportanceduprocessusd´evaporationdanslastructurepartiellementpr´eme´lange´e de la flamme, tandis que les re´sultats moyenne´s montrent l’influence de l’e´vaporation sur les diagrammes defractiondemelangeetvalidentlesr´esultatsparcomparaisonaveclecodeRANSN3S-NATUR. ´ La phase d’allumage est un enjeu crucial pour la conception des foyers de demain et demeure une probl´ematiquescientiqueimportante.Sasimulationnum´eriqueposedenombreuxprobl`emesnotam-mentdufaitdestr`esfaiblese´chellesdetemps.LecodeAVBPe´ilspmetedspaunde`esspoetteilicetpxse au CFL de l’ordre du dixie`me de microseconde ce qui en fait un outil approprie´ pour cette proble´matique. LeChap.7pre´sentelespremiersre´sultatsdallumageobtenuseng´eom´etrier´eelleenprenantencompte ladispersionetl´evaporationdelaphasedisperse´e.Les´etapesdunallumager´eussisontpre´sent´ees: la naissance d’un noyau sphe´rique empli de gaz chauds autour de la bougie et la propagation de cette ammesphe´riquea`lensembledubrˆuleurpournalementatteindreunepositionstableprochedelin-jectionliquide.Cer´esultatd´emontrelafaisabilite´deloutilLES`acetypedapplicationsetsertdebase `adese´tudesplusquantitatives. LeChap.8sinte´resse`auneautreprobl´ematiqueindustriellefortelie´eaud´eveloppementdemo-teursmoinspolluantsdetypeLPP:lapre´dictionpre´cisedesinstabilit´esdecombustion.Bienquede nombreusespublicationsexpe´rimentalesetnume´riquessurlesujetsontdisponiblesdanslalitt´erature, son´etudeSGEencontextediphasiqueestune´etapesupplementairedanslacompre´hensionphysique ´ des interactions spray/flamme/acoustique. Les re´sultats obtenus dans cette the`se montrent la relation amme/acoustiquemais´egalementspray/acoustique.Deplus,lem´elangeestperturbe´`alafoisparla dynamique de la phase porteuse et par le processus d’e´vaporation, tous deux influence´s par la perturba-tionsinusoı¨dale.Cetteinteractione´tait´egalementvisibledansl´etudedelallumage,led´epoˆtd´energie produisantuneondeacoustiquesepropageantauseindufoyeretinuen¸cantladynamiquedelaamme de spray.
Bilan Cetravaildethe`seapportedes´ele´mentssuppl´ementairespourlacompr´ehensiondesph´enome`nesmis en jeu dans une flamme diphasique turbulente et leurs interactions. La simulation aux grandes e´chelles ame´liorelacompr´ehensiondesph´enom`enesinstationnairesetpermetdappre´henderlesmod`elesa`mettre enoeuvrepourmieuxcapturerlaphysique.Lesmod`elesexistants,dontunevalidationae´t´epr´esent´ee, ont permis d’expliquer la naissance et la stabilisation d’une flamme de spray, ai i ´ ` ns que sa reponse a une perturbation acoustique.
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Perspectives
Conclusiongen´eraleetperspectives ´
Dansleformalismeeule´rie´t´edanscetravaildethe`se,denombreuseshypoth`esessimpli-n presen catricesonte´te´prisesencompteetm´eritentdese´tudesplusapprofondies.Lapriseencompteduca-ract`erepolydispersedelaphasedispers´eeestunee´tapesupple´mentaireindispensableetafaitlobjet, enformalismeeule´rien,duntravaildeth`eseparMossa[63]quiaconduita`une´equationdetransport suppl´ementairedunevariablelie´eaudiam`etremoyeneta`ladensite´desurfacedelinterface.Lesinter-actionsparticule-particuleetparticule-paroisont´egalementa`prendreencompteetdenombreuxmode`les disponiblesdanslalitte´ratureenapprochelagrangiennedoiventeˆtreadapt´esauformalismeeule´rienet prisencomptedanslesolveurSGE.Lesmode`lesde´veloppe´spourmod´eliserlemouvementd´ecorr´ele´ doiventˆetrevalide´ssurunecongurationindustrielle.Lesmode`lesdesous-mailledoiventeˆtreappro-fondis pour une application industrielle [81]. L’e´tude pre´cise de l’atomisation primaire a conduit, en formalismelagrangien,`adesmod`elesquidoiventˆetreadapte´senformalismeeule´rienpourd´eterminer ´cisionlagranulome´trieinitialedspray.Laprobl´ematiquedelallumagedelachambredecom-avec pre u bustion annulaire comple`te, c’est-a`-dire de la propagation du front de flamme du secteur pilote vers les autressecteurs,reste´egalement`a´etudier[7].
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