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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
MÉMOIRE DE THÈSE présenté pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE Spécialité: Dynamique des Fluides par Ghislain Lartigue Sous la direction de Thierry Poinsot. SIMULATION DES GRANDES ECHELLES ET INSTABILITES DE COMBUSTION Soutenue le 16 novembre 2004 devant le jury composé de: D. Veynante Directeur de Recherche à l'EM2C Rapporteur P. Comte Directeur de Recherche à l'IMF de Strasbourg Rapporteur V. Giovangigli Directeur de Recherche au CNRS Examinateur T. Poinsot Directeur de Recherche à l'IMF de Toulouse Examinateur F. Ducros Docteur, ingénieur au CEA Examinateur D. Bissières Docteur, ingénieur à Turboméca Examinateur

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  • phénomènes thermodynamiques

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  • combustion

  • imf de strasbourg rapporteur


Publié le : lundi 1 novembre 2004
Lecture(s) : 33
Source : ethesis.inp-toulouse.fr
Nombre de pages : 251
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M?MOIREDETH?SE?oulousehpr?senaut?ing?nieurp.ourGioobtenirReclertitretedel'EM2CDOCTEURdeDEourgL'IdeNSTPITUTlNAsTIONALD.POLom?caYTECHNIQUEdeDEheTOULOUSEorteurSpte?herccialit?de:orteurDynaangiglimihercqExaminateurueDirecteurdesheFluidesdeparF.Ghislaincteur,LartigueCEASousDolaTdirectioneynandeDirecteurThierryRecPercoinsot?.RappSIMULAPTIONComDESDirecteurGRANDRecEheSl'IMFECHELLESStrasbETRappINSTV.ABILITESvDDirecteurERecCOMBUSTIONheSoutenCNRSueT.leoinsot16denohercv?em'IMFbreT2004ExaminateurdevDucroanDoting?nieuleaujuryExaminateurcompBissi?resos?cteur,de:?D.urbVExaminateurR?sum?:Lesnouvcomuneceellesph?nom?nesr?glemenAtationsexpeuropu?enlenescosurph?nom?neslesPRECCINST?missionsideCSpermetolluantelststourbillonnaire.impdeosen?tcapabledes?conuntraincompar?stestuttgartdedepanalyse,l?udesneninstabilit?splusl'instrictesammeauxailmotoristes.ulationC'estGrandesnotamm,enttanletr?sccasUnepseraour(lelesnconstructeurssucc?sdeparturbinesune?degazaqut?e.idedoiv?t?ent?etcod?sormaiscompressibleconcevprendreoirlesdesdansmoteurscomfonctionnanl'acoustiquetenatvuneectraunth?sem?langeelletr?scopauvreulationenhellescarburanAt?vantedelerespetecterlecesmoconsignes.tLesdynamiques?miquesmiscomsionalidationsvpt?eolluang?om?trietesysonLestsonainsivr?duitesdesmtalesaisDLRunDenouvlyseeaudeprobl?mecongurationappara?tinalors:ecceluiestdeourlaautrestabilit?CERFdeVSP)lalcommenbustion.dansEnneet,delescalculrp?degimesedecomptecomprincipauxbimpliqu?sustionlespr?sendetanbustiontqueunetfortteractionexc?stred'airfronsondetetnaturellemenstructuretCeplusvsensiblesdeauxd?critinstabilit?snouvdeformcomd'unbustion.deLaSimpr?dictiondesnEcum?rique(lededecesVBPph?nom?nesdd'instabilit?seloppestconjoindoncmenauparcenCERFtreCSdesl'IFP)pr?odeccupationsrendrededenomd?liserbreuxpr?cis?menindustriels.lesLethermotraetvhi-ailli?spr?senlat?bustion.dansvcedem?moiretradeailth?sepr?senpropdansoseedecomplexed?fomonertrerA).quer?sultatsdeum?riquesnoutvaeauxecoutils?nmesuresum?riques?rimensoneectu?estled?sormaisScapables(Allemagne).deplus,pr?direana-cesapprofondinstabilit?sedel'acoustiquecomlabustion.etNo-sontammenteractiont,vlalam?thobustiondepr?sendePSimulationcetteauxunGrcoandesduEchelAles(A,aimputilis?.Abstract:Theneweurophwillustion.eanela(Germanwstheoformn,presultsollutanbtsextensivemmissionolvimpteraction.osenmorepreciselyaphenomenas.ndgeometrymoreerimenconstrainoftsastoCERFmotorists.VSPThiseismparticularlyame/vtruedescribforLargegasthatturbinesnmananufacturers,tialthatofmtedustburner).designsuccesfullymo-gatheredtorser,opthiserating,withwithvacoerydefuel-leanHelmoltzmixtures.accounDoingproso,inpinollutaninstabilities,tsacousticsformationrtexiswsiagofnicanSimtlycoreducedtobuttothevproblemdynaofccomarebcomustionvstabilitwyearises.aAPRECCINSTctuallyn,bcomwithbustionlregimesDLRthatMoreohadetailedvacouticsengurationapresenlargewexcessinofcomairorareanalysis,naCSturallybmoreused,sensitiveretototcommainbustioncessinstabsivlities.edNume-coricalbustionpredictionssucofastheseandinstabilitiesoisinthThisusorkaeskneweyulationissueaforEddymanulationyumericalindustrialdeinenablesvtakoinlaccouvtederyinthermoenergymicsprodduction.hemistryThisthatthesisessenwinorkbustiontriesAtoalidationshothisworkthatbrecenpresentinncomplexumerical(thetoAolsOurareumericalnowillweablecomparedtoexppredicttathesedatacomatbustionStuttgartinstaby).ivlities.aPanalysisarticularlythe,inthecoLwillaregetedEddyasSimulationellmethoitsd,teractionwhentheimplemen-btedFinthisausticscompressibleanotherCFDAcocode,hasiseenableelytothetaksolveAin.Tabledes47..mati?res53In.tro.duction.3.1.D?nitions,LabScalebilansetet.mo.d?les.9c1.1.D?nitionslimites...?.la.........de.......t.......2.5.........la.programme.LabScale...des.h?mas...........Mo.articielle........9.1.2.?quationsTdelala.m?canique.des.uide.s......conditions...............3.cas.ham.3.1.A.ham.......Discr?tisation.?quations17sc1.3.Filtrage,.LES.et.mo.d?les............2.3.d?les.viscosit?...........................2.4.raitemen.de.thermo.himie......26.2.M?tho.des.n.um?riques.43.2.1.Princip.e56g?n?ralLesd'auxA.V.BP........................58.Application.un.r?el:.c.bre.65.Le.PRECCINST.et.c.bre..........43.2.2653.2Congurationet...maillage143.Le.........................86.r?actif.................126.145......77.3.3.Le.cas3.4non-r?actifcas.....................................Conclusion.Bibliographie.2Introductiondpm?thoLetestsconum?riquetexteNagd?n?raledesecettedesth?secesestetlaleursim?ulationoirninstabudm?riquesimdesl?couer.lpemformendtscalcul,r?ac-etifs.tionPlusdepr?cis?menuxt,pilcs'agitadesemd?vimpliqu?seloppgazernouvettided'?tudiervdealiderypunnomoutil?espulationourtla(ReynoldsSim?quationsulationm?thodessesGrandesunEcourhellesp(LargeoEddyIlSimtoujoursulationro-ounomLES,tr?senranglais)sadesiinstabilit?sbredebustioncomstablebus-e.tiondoncrenlesconlatr?esturbinesdansvlesunirfooutilylersndeermettanturbinesde?sgaz.bustionLadenaturefodesourinstabilit?sraisons,deemplocomujourd'hbustionlaestum?riquertsesurlRAavties)vlaemenuides.tRANS,bieneucomprisetempsd'untenp?vointtinddes.vuetth?oriquedispdepuissid.eestnomoncbreusesn?cessaireann?es:pilc?ders'agitded'unbrecouplageetenco?teuxtregrandeulesnatureondesouracoustiquesvetsleuned?gagehammendtcomdevc?trehaleurouaulnivIleaublednormaleourlaindustrielsammedans[Raconceptionyleigh,es1878][Putnam,?1971][Williams,de1985].ouloirD'autrempart,d'unlaelsimdeulationunaum?riqueoestndevpentueetaujourd'hpr?direueiinstabilit?suncomoutildansindispcongurationsensablet?el'ing?nieurymotoristePpdeourbreusesconcevlesoirdesetyd?vaeloppuierourlessimfnodey?coulemenerssondesbas?estular-ulationbinesNS?Agaz,eragemaisvierStokledesph?nom?denem?caniquedesesinstabCesildesit?srobustesdepcomco?teubustionenrestedeencorepr?senhorstd'atteinattraitteidesencopdeslesdeustricalcullactuellemenEllestermetten?3eneetderendreque[Sarkpdesopr?c?demmenuv1993oircetteeectuertdet?-nommbreuxdanscalculs?1629][Lartigue,etpr?dd'obtenirderapidemenentCesdesntendancesEnentr?faisan[Sa-tcov[Pierce,acompl?temenrimequirbilcertainsetparam?tres.ersionOnypqueeutcaract?recepoinendanRANStqueleurdereprolescqu?es,hertielcertainslad?fauts,deetenotammente,t"basle?1624][Pitscfait20de[Colin,prottduireendes?quationsr?sultatspmooybustion.enn?sdee?nexistantemps:etlesbustioncalculsseectu?sd?sa'?covteectuntsm?thofondem?thoRANtSd?ssonontauxparmnatureancessendestiellemen?vttstationnaires.pCelaourpr?send?lisationteindeu2000],xturbulenceincon1991]vde?nienbustiontscemcoacjeurs:?1352][Mahesh,2002d'uneorkpart,?1588]lescom-gran?1327][Selle,des?1611].?cderni?rehellespd'unde?coulemencomptetl'acoustique,turbulenessentrpr?senctendestdedesjectifinsta-esttionnarit?seloppquivsed'unpr?tencalcultunemal??lalademolesd?lisation,decongaz.trairemend?fauttlorsauxlpulemenetitespr?sen?cunhellesfortemendoninstationnaire.tdi?renlepcaract?retsinstationnairetapparaitlescommedes?tasonnitadapt?espluslorsunivl'ersels'in[Kresseoinstabilit?slcombustion.ogororevv,he,1941][Hinze,m?tho1975][Lesieur,LES1t990][Po-iqonuet,mon1999][Piomelli,leur1996][Sagaut,oten2000][Fperziger,la1997o?de1turbulence357].compressibleC'estgaut,cettepuislimitationlaquicompressibleaar,amen?etaunnconceptladmeturbulensimqueusoitlatidesodesnMadesh"gran1998des2002?ch,helles.?1601][Menon,?1486][Fd'autreel,p00art,oulatnaturepressiblestr?s1999non-lin?aire2002et2003inCetermittenetefor-deulationlaermetcomoutrebustionptenulesrbulendeteces'accomoestdetielassezoumalaliduticanract?reinstamoit?sycomenn?L'obdesdesolutionsth?seRANSdonc[Pd?voinsot,er2001,deedwaliderards].partirLescomoded?lesd?jadetcomvbustionadapt?eturbulenl'?tudete?RANSpr?dictionsoninstabilit?stcomdoncdansassezfosouversenturbinet?mis4Y k Tk
z
c
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ρ
Y (z,c) T(z,c)k
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Cp
etnotammentmieuxteseutlesdi?rencesespfonda-amendetalescoquiypexistenttdreenautantrefractionscesdesm?thtodedes.rOnmassiquesnepconsid?reobteniricidesqueilesvcoparticulier,desfaitquisonprennenlestfa?onenariablescomptedeslesdeuxvAariationsunedecalculdensit?directemenduesou?silaCescoml'?quationbustion.suiv1.lieu.Teuvoutcd'abbiblioth?queord,estcertainscalcul?ecoariablesdescalculernerelationscturehercLeshen?tmepasdes?decalculeranexplicitemenseulesteslesvitessestermeslasourcesunesurariableslesclassesespan?cesdi?ren(taux(bas?edesurr?action)deetammelette)surlesl'?nergieici(d?toutesgagemenaitladetercaleurshaleur)inject?esapparaissanptetdanstecesv?quations.LesEnPfaittcescompte?quationscomplexesneesonretn?paseectu?,r?solueseutduvtoutdemaisn?cessaire.simplemenfaittleremplac?esparparrenddestempexpressionsdalg?briqueses.donnandestbienlam?thofractiontmas-G-equation)siquepropri?t?scomcolaVPdelal'espsuiv?cete:ourLesetvlar?solutempson?raturelespemploen,fonctionpressiond'autresetgrandeursour?soluesvparparmiunete.?quationydetconservet/ouation.,Ilbiblioth?ques'agitpaenexempleg?n?raunls?par?detlaefracfournittitofractionsnlesdepm?langerLESles(p?ces,ounrquelestemammes?ratured.evdiusion)sonoualorsdedanslad'?tatvourariablepr?send'al'it?rationvanancemenptaenoir(pocourVlespammesendeprenpr?m?langeen)desouhimiesencorepudessqudeuxlavdeariablesi?scessetetyilcoailcapablepprend?treenauneecothimievlaquecaloriqueEnm?langelebustiondepartraestd?criredansourammelettecesestalg?briquesfondedelepdeouderrelescompteammesthermpartiellemenctcomplexe:pr?m?lang?es.capacit?NousduPappellerons,cesexemple,cocalcul?edeslaCoetdesdonc`VP'ction(Colades?raauxetVesariablesmassiquPrimi-tivcoes).VPOntpadapt?seutdesr?sumerdeslefronfonctionnemen(comtleet5Y (z,c) T(z,c)k
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dicult?snum?riques.tempcolestLes1999coH2:dessimplienVPecondynamiqueteucep(l'azote)endannstantespdeTR-simples'nom?coulemenbreusesetlimites:enensimpgeanttcesla?cestructuremdepacit?slacammelettesupppaLesrNouslesauxloisdenom-cas,deret?ces).?viten?t?ilsdeamme,pet[Colin,lahdepterneH1:ineststructuredilu?s,joritairedetnomestbreuxaussibreusesm?canismesnet,paeuvplus,enourtest?treHprisl'?critureencocompte.desL'allumageCesoumonleourm?langedsansducomleursbustionneparr?solvexemplet,ponoelopps?endestriprobunle?m98e.etDeoth?sesplus,retenleslimitercascomplexit?:o?premi?relaypetdirepassonneunepmeuvnon-r?activeparnlatdu?trete.d?nissupp(parlesexemplesquandtlesNonr?actifslessonttecinmaistrosond?galesuitstespar(cetroistenyptr?esetoubplus,coetelleronsnon`Coparourdeux)xneR?actionpdeseuermisvlatLESanulerder?actifsationnomconparticulieruit?,a3Unosanr?souddeicivitesse,ent?quationspasconserv?tre(latrait?stinparlescettecompm?thotesde.laEnn,l'?nergiel'acoustiquelesetesplesHistoriquemencasceso?deslestpd?vertes?sthermiquesLESsonpartirtcoimpd'a?roortan?ctestssonourtgazaussilhors(air)de19p?1328][?1545][Nicoud,ort?e?1562]decertainescesypm?thoondes.?t?2.uesCeciouralm?nerdonc?laconstruirededeshcooth?sesdesdequiquen'aienr?actifsttpasdanscesesplimitations.tr?sPaouretcela,eiletfautcons?quenpasserqueunemasse?tapolaireem?langeimpconstanortanteonetoser?soudrequeexplicitemencatcaloriquepuisque,lesson?quationscodestes.es-seulemenpel?cneeshangenetpasdevl'?nergielaainsi?raturequedelesellestermestsourcesos?esquipytouapparaissenlest.?cesCeciquirendmanifestemenlafaux).t?chheoth?sesb1eaucoupH2plustlourdeeaucoupmaisduindispde.ensableapppcesourdeslesdesinstabilit?spdeCocomaubustion,Tpuisquedecessimples.cocodesoncompl?temenptdecotrermpressiblespuissancesonlatplessimseulsles?tspdansouveoirbreuxtraiterenl'acous-lorstique.couplageOnvdoitl'acoustique.ddeonc6

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