PDF Troisième partie conclusion bibliographie et annexes

Jacques Lavedrine

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
Lire la seconde partie de la thèse

• observations de l'ecoulement liquide dans l'injecteur


• moyens du projet tlc


• conclusion sur le calcul sge de l'ecoulement gazeux


• configuration prototype


• rappel des donnees experimentales sur la configuration


• observations sur la dynamique des gouttes


• influence du modele d'injection

Sujets

• Snecma

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Nombre de lectures: 79
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 7 Mo

Extrait

Lire
la seconde partie
de la thèse`Troisieme partie
Application a` la configuration prototype
TLC SNECMATable des Matier` es
8 Presentation´ des configurations du projet TLC 199
8.1 Le projet TLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
8.1.1 Le contexte du projet TLC : les emissions´ de polluants dans les turbines a` gaz . . . . 199
8.1.2 Les enjeux et les moyens du projet TLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
8.1.3 Le CERFACS dans le projet TLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
8.2 Presentation´ de la configuration TLC SNECMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
8.2.1 L’injecteur TLC SNECMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
8.2.2 Descriptions des configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.2.3 Methodes´ experimentales´ mises en place . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
9 Simulation SGE de la configuration non confinee´ 211
9.1 Rappel des donnees´ experimentales´ sur la configuration non confinee´ . . . . . . . . . . . . . 211
9.2 Aspects numeriques´ des calculs SGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
9.2.1 Maillage pour la SGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
9.2.2 Les conditions aux limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
9.2.3 Organisation des calculs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
9.2.4 Parametres` numeriques´ des calculs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
9.3 Resultats´ des calculs SGE de l’ecoulement´ gazeux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
9.3.1 Distribution des debits´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
9.3.2 Visualisation de l’ecoulement´ instantane´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
9.3.3 Etude spectrale de l’´e´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
9.3.4 Analyse de l’ecoulement´ moyen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
9.3.5 Comparaison qualitative avec la configuration confinee´ . . . . . . . . . . . . . . . . 250
9.3.6 Conclusion sur le calcul SGE de l’ecoulement´ gazeux . . . . . . . . . . . . . . . . 255
9.4 Resultats´ des calculs SGE sur l’ecoulement´ liquide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
9.4.1 Observation du spray de gouttes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
9.4.2ations sur la dynamique des gouttes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
9.4.3 Profils radiaux des vitesses moyenne et fluctuante : comparaison SGE/Experience´ . . 259
9.4.4 Conclusion sur le calcul SGE de l’ecoulement´ liquide . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
10 Influence du modele` d’injection 269
10.1 Donnees´ d’entree´ pour la condition limite d’injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
10.2 Observations de l’ecoulement´ liquide dans l’injecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
10.2.1 Influence de la resolution´ en maillage sur le spray . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
10.2.2 du couplage inverse par la traˆınee´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
10.3 Profils radiaux de vitesse moyenne : Influence du modele` d’injection . . . . . . . . . . . . . 275`TABLE DES MATIERES
10.4 Conclusion sur l’apport du modele` d’injection dans la configuration TLC NC . . . . . . . . 277
10.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
198Chapitre 8
Presentation´ des configurations du projet
TLC
8.1 Le projet TLC
8.1.1 Le contexte du projet TLC : les emissions´ de polluants dans les turbines a` gaz
Les turbines a` gaz employees´ dans l’industrie gen´ erent` differents´ types de polluants en fonction de leur
regime´ de fonctionnement. La Figure 8.1 donne une idee´ qualitative de la formation de polluants en fonction
du regime´ moteur. Ainsi, on peut voir qu’il existe une plage optimale de fonctionnement (entre 20% et 60%
de la charge) pour laquelle les emissions´ des principaux polluants sont minimales. Cependant, le rendement
de la turbine a` gaz est lui optimal pour une charge maximale, ce qui impose un compromis entre
et pollution de la turbine a` gaz.
Chacun des principaux polluants formes´ en sortie d’une tuyere` a` gaz fait l’objet d’une cinetique´ chimique
bien specifique´ (Lefebvre [99]).
8.1.2 Les enjeux et les moyens du projet TLC
Le projet europeen´ TLC (”Towards Lean Combustion”) a demarr´ e´ en Mars 2005 pour une duree´ de
4 ans. Ce projet est coordonne´ par SNECMA MOTEURS, filiale du groupe SAFRAN et rassemble 18
organismes de 6 nationalites´ differentes.´
Le projet TLC a et´ e´ mis en place afin de mieux maˆıtriser la combustion pauvre en termes de reduction´
des emissions´ de polluants. Deux objectifs principaux ont et´ e´ formules´ sur les emissions´ d’oxydes d’azote
(NOx) memeˆ si les emissions´ d’autres polluants majeurs comme la suie ou les oxydes de carbone sont
quantifiees´ experimentalement´ :
B une reduction´ des emissions´ de NOx sur un cycle LTO (”Landing and Take Off”),
B de faibles indices d’emission´ en regime´ de croisiere` (typiquement EINOx = 5g/kg).
Pour atteindre ces objectifs, le projet se focalise sur l’etage´ injection des turbines a` gaz. Ainsi, plusieurs in
jecteurs de type LPP (”Lean Premixed Prevaporized”) deri´ ves´ notamment du projet europeen´ LOCOPOTEP
´ ´ ` ´ ´ `sont etudies a la fois experimentalement et numeriquement. En parallele, de nouveaux prototypes d’injecteur
issus d’algorithmes d’optimisation de forme sont etudi´ es.´´PRESENTATION DES CONFIGURATIONS DU PROJET TLC
FIG. 8.1 - Formation des polluants en fonction de la charge du moteur. A charge tres` reduite´ , la combustion
incomplete` produit du CO et des hydrocarbures imbrulˆ es´ tandis qu’a` forte charge, la formation de NOx et de suies
est favorisee´ par les tres` hautes temper´ atures du milieu reactif´ .
8.1.3 Le CERFACS dans le projet TLC
Le projet TLC est constitue´ de 4 grandes parties :
1. Diagnostic experimental´ avance´ : Methodes´ de mesure non intrusives
Des methodes´ experimentales´ non intrusives sont mises en place sur des bancs de mesure fonctionnant
a` haute pression (typiquement jusqu’a` 30 bars). Parmi ces methodes,´ on compte notamment des me
sures LDA (”Laser Doppler Anemometry”), PDA(”Particle Doppler Anemometry”), PIV (”Particle
Image Velocimetry”), LIF (”Laser Induced Fluorescence”) pour ne citer que les plus communes.
2. Systemes` d’injection pauvre : Mesures experimentales´
Pour atteindre l’objectif d’une combustion pauvre, differents´ types d’injecteurs sont etudi´ es´
experimentalement.´ Les technologies d’injection regroupent notamment l’injection LPP (Lean
Premixed Prevaporized), LP (Lean Premixed), LDI (Lean Direct Injection), multipoints.
3. Systemes` d’injection pauvre : design et optimisation
` ´ ´ ´ ´ ´En s’appuyant sur une liste de parametres geometriques, un algorithme genetique d’amelioration de
forme permet d’optimiser le dessin des injecteurs.
4. Diagnostics numeriques´ avances´
En parallele` avec la seconde partie, une serie´ de simulations numeriques´ est menee´ a` bien. L’approche
RANS est retenue pour fournir les resultats´ necessaires´ a` l’algorithme d’optimisation tandis que l’ap
proche SGE permet une analyse de l’ecoulement´ instationnaire dans les injecteurs.
Le CERFACS intervient uniquement dans la quatrieme` partie au travers des calculs SGE menes´ a` bien sur
un injecteur LPP dessine´ par Turbomeca et sur un injecteur Multipoints dessine´ par la SNECMA. Ce travail
` ´ ´ ` ´de these presente les resultats des calculs SGE sur cette derniere configuration. L’ecoulement du gaz dans la
configuration confinee´ est abordee´ qualitativement dans la section 9.3.5.
2008.2 Presentation´ de la configuration TLC SNECMA
8.2 Presentation´ de la configuration TLC SNECMA
Deux prototypes de l’injecteur ont et´ e´ fournis par SNECMA. Ces deux prototypes ont et´ e´ montes´
respectivement sur le site de l’ONERA DMPH (Palaiseau) pour l’etude´ a` chaud de l’injecteur et sur le
site de l’ONERA DMAE (Toulouse) puis au centre ONERA du Fauga Mauzac pour l’etude´ a` froid de
l’injecteur. L’etude´ a` froid s’est deroul´ ee´ en deux etapes´ :
1. dans un premier temps, l’injecteur TLC a et´ e´ caracteris´ e´ experimentalement´ en non confine´ (i.e. sans
chambre) a` l’ONERA DMAE. Cetteetude´ a permis de mesurer a` la fois des statistiques sur la phase
porteuse et sur la phase dispersee.´
2. dans un deuxieme` temps, l’injecteur a et´ e´ monte´ sur un banc experimental´ du centre ONERA de
Fauga Mauzac. Ce banc a permis de realiser´ des mesures de la phase dispersee´ sous une pression de
confinement correspondant au regime´ ralenti de fonctionnement.