N° d'ordre

Marine Simoes

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8

• redaction

N° d'ordre : 2324 THESE présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : Transferts, Dynamique des Fluides, Energétique & Procédés Spécialité : Dynamique des Fluides Par : Marine SIMOES Modélisation eulérienne de la phase dispersée dans les moteurs à propergol solide, avec prise en compte de la pression particulaire Soutenue le 17 février 2006 devant le jury composé de : M. Gérard LAVERGNE Professeur des Universités, SUPAERO, ONERA Président MM. Olivier SIMONIN Professeur des Universités, INPT ENSEEIHT Directeur de thèse Jean-Marc HERARD Ingénieur chercheur EDF R&D Rapporteur Frédéric PLOURDE Chargé de Recherche CNRS, LET ENSMA Rapporteur Richard SAUREL Professeur des Universités, Aix Marseille I Examinateur Patrick DELLA PIETA Ingénieur de recherche SME CRB Examinateur Mme Nathalie CESCO Ingénieur CNES Direction des Lanceurs Membre invitée

• département des lanceurs


• merci


• simulation des écoulements diphasiques avec le code cps


• crb examinateur


• membres des services de reprographie du crb et de l'imft


• intérêt de la simulation numérique


• blondes… merci

Sujets

• Redaction
• Plourde
• Simões
• Saurel
• Institut national polytechnique de Toulouse
• Toronto
• Toulouse
• Robert
• École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Publié le: 01 février 2006
• Nombre de lectures: 123
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

N° d’ordre : 2324




THESE


présentée

pour obtenir

LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE



École doctorale : Transferts, Dynamique des Fluides, Energétique & Procédés

Spécialité : Dynamique des Fluides


Par : Marine SIMOES
Modélisation eulérienne de la phase dispersée
dans les moteurs à propergol solide,
avec prise en compte de la pression particulaire
Soutenue le 17 février 2006 devant le jury composé de :


M. Gérard LAVERGNE Professeur des Universités, SUPAERO, ONERA Président
MM. Olivier SIMONIN Professeur des Universités, INPT ENSEEIHT Directeur de thèse
Jean-Marc HERARD Ingénieur chercheur EDF R&D Rapporteur
Frédéric PLOURDE Chargé de Recherche CNRS, LET ENSMA
Richard SAUREL Professeur des Universités, Aix Marseille I Examinateur
Patrick DELLA PIETA Ingénieur de recherche SME CRB Examinateur
Mme Nathalie CESCO Ingénieur CNES Direction des Lanceurs Membre invitée



Remerciements


Cette thèse CIFRE a été soutenue en février 2006, à l’IMFT. Et me voilà à présent devant la
difficile tâche de rédaction de la page de remerciements, page qui sera sûrement la plus lue de tout
le manuscrit (tout en étant la moins relue, paradoxe des pages de remerciement…).
Mes premiers mots seront pour Gérard Lavergne, pour le remercier de l’honneur qu’il m’a fait en
présidant mon jury de thèse. Je suis également très reconnaissante envers Richard Saurel, pour sa
participation dans ce jury et pour l’intérêt qu’il a porté à mes travaux.
Je tiens à remercier vivement Jean-Marc Hérard et Frédéric Plourde qui ont accepté d’évaluer ce
travail et d’en être les rapporteurs. Merci pour vos relectures minutieuses. J’adresse un
remerciement particulier à Jean-Marc, que j’ai eu la chance de rencontrer lors d’un congrès à
Toronto et qui a manifesté dès ce moment un vif intérêt pour ce travail de thèse. Merci pour ton
implication et tes remarques constructives. Merci aussi pour tes conseils avisés concernant l’attrait
touristique de certaines régions du Québec !
Que le CNES et plus particulièrement Nathalie Cesco et Eric Robert, du Département des
Lanceurs, trouvent ici l’expression de ma reconnaissance pour les trois années de financement qu’ils
ont accordé à ce thème de recherche.
Parmi celles et ceux qui ont contribué à l’aboutissement de ce travail, je tiens à remercier
sincèrement et très chaleureusement trois personnes en particulier. Je pense bien sûr à mon
directeur de thèse, Olivier Simonin : malgré l’éloignement et un emploi du temps surchargé, il a su
diriger efficacement mes recherches et adapter ses exigences aux contraintes imposées par
l’application industrielle spatiale de cette thèse. Il m’a appris que la persévérance paie mais que rien
ne remplace la confiance en soi et l’autonomie.
Je pense aussi à Patrick Della Pieta, ingénieur de recherche à TCA et responsable industriel de cette
thèse. Il a suivi mes travaux jour après jour et m’a accordé beaucoup de son temps. Merci de
m’avoir initiée à la simulation des écoulements diphasiques avec le code CPS et d’avoir toujours relu
attentivement mes écrits.
Et je ne peux pas oublier Franck Godfroy, responsable du laboratoire TCA et père de CPS. Merci
pour l’intérêt enthousiaste que tu as porté à mes travaux et pour les différentes leçons que tu m’as
données concernant l’usure du soleil, la rédaction d’un rapport ou l’art de l’investigation efficiente
en cas de plante d’un calcul. Merci aussi pour les livres optimistes et pas du tout déprimants que tu
m’as prêtés pour me divertir aux pires moments de ma thèse… Et sache que je reste traumatisée
par deux choses : les petits mots que tu laissais sur mon bureau, rédigés en vert et annonciateurs de
bonnes nouvelles (parfois) ou de catastrophes (souvent), et l’oryctérope…
Un grand merci aussi à Stany Gallier, ingénieur de recherche à TCA, pour les longues discussions
que nous avons eues, entre autre à propos de la turbulence et de sa modélisation. Merci d’avoir
répondu à chacune (ou presque !) de mes « question du jour ».
Merci aussi à Christine, thésarde embarquée dans la même galère, pour sa bonne humeur
permanente et pour le soutien que nous nous sommes mutuellement apporté. Bon courage pour la
fin de ta rédaction !
Merci à mes collègues du CRB, qui ont rendu mes journées plus agréables, malgré leurs blagues
répétées sur les blondes… Merci en particulier à Marie-Jo pour sa gentillesse inégalable. Bon vent à
tous ! Merci aux étudiants de l’IMFT, et surtout à Caro, pour leur accueil chaleureux lors de mes visites à
Toulouse et leur témoignage de sympathie le jour de ma soutenance.
Merci aussi aux membres des services de reprographie du CRB et de l’IMFT pour leur disponibilité,
leur efficacité et surtout leur rapidité d’exécution.
Merci aux copains qui ont suivi ça de loin mais qui étaient là pour me changer les idées, avec une
spéciale dédicace à la mailing liste du matin…
Enfin, merci à ma famille pour son soutien sans faille (cela fait cliché mais c’est tellement vrai !) et à
mon père, grand spécialiste de CorelDraw.
Et merci à celui qui est maintenant mon mari, pour avoir tout supporté et pour avoir cru en moi
plus que moi-même…
Table des matières

Liste des sigles et acronymes vii
Nomenclature ix
Introduction générale 1
Partie 1 Contexte et motivations 7
Chapitre 1 Les écoulements diphasiques dans les moteurs à propergol solide 11
1. Généralités 11
1.1 Fonctionnement d’un moteur à propergol solide .................................................................11
1.2 Balistique interne........................................................................................................................13
1.3 Le moteur à propergol solide d'Ariane 5 : le P230 ...............................................................17
1.3.1 Description....................................................................................................................17
1.3.2 Instabilité du P230 .......................................................................................................19
1.3.3 Instabilités de combustion et instabilités hydrodynamiques.................................20
2. Instabilités de fonctionnement des MPS 21
2.1 L'écoulement de Taylor.............................................................................................................21
2.2 Les instabilités hydrodynamiques ............................................................................................23
2.2.1 Le Vortex Shedding d'Angle (VSA) ..........................................................................23
2.2.2 Le Vortex Shedding d'Obstacle (VSO) ....................................................................24
2.2.3 Le Vortex Shedding Pariétal (VSP)...........................................................................25
2.3 Le couplage aéro-acoustique ....................................................................................................27
2.3.1 Travaux pionniers, basés sur le VSO........................................................................27
2.3.2 Mise en évidence expérimentale ................................................................................28
2.3.3 Scénario global..............................................................................................................28
2.4 Autres phénomènes influents...................................................................................................29
3. La phase dispersée 30
3.1 L’aluminium dans le MPS P230...............................................................................................30
3.1.1 La combustion de l'aluminium...................................................................................31
3.1.2 Interactions avec l'écoulement gazeux......................................................................32
3.2 Rôle des particules par rapport aux ODP ..............................................................................33
3.3 Pourquoi des propergols aluminisés?......................................................................................34
4. Vers une maîtrise des instabilités du P230 35
4.1 Le P230 : une situation complexe....................................................................................