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Publié par | profil-zyak-2012 |
Publié le | 01 octobre 2007 |
Nombre de lectures | 80 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 6 Mo |
Extrait
Numérod’ordre:2517
THÈSE
présentéepourobtenirletitrede
DOCTEURDE
L’INSTITUTNATIONALPOLYTECHNIQUE
DETOULOUSE
Écoledoctorale: TYFEP
Spécialité: DynamiquedesFluides
Directeurdethèse: BénédicteCUENOT
ParMatthieuBOILEAU
Simulationauxgrandeséchellesdel’allumagediphasique
desfoyersaéronautiques
Soutenuele10octobre2007devantlejurycomposéde:
I.GÖKALP LCSR,Orléans Rapporteur
L.VERVISCH INSAdeRouen
M.CAZALENS SNECMAVillaroche Examinateur
C.COLIN INPdeToulouse
D.VEYNANTE EM2C,Châtenay-Malabry
P.VILLEDIEU INSAdeToulouse Examinateur
B.CUENOT CERFACS,Toulouse Directeurdethèse
Réf.CERFACS:TH/CFD/07/103Tabledesmatières
Tabledesmatières 3
Remerciements 7
Listedessymboles 9
1 Introductiongénérale 15
1.1 Contexteindustriel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2 Étatdel’artencombustiondiphasique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.3 Objectifdel’étudeetchoixméthodologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.4 Organisationdumanuscrit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
I Équationsetmodèlespourlesécoulementsturbulentsdiphasiquesréactifs 41
2 Équationsdeconservationpourlesécoulementsgazeuxréactifs 47
2.1 Équationsetvariablesconservatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.2 Variablesthermodynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.3 Équationd’étatdesgazparfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.4 Diffusionmoléculairemulti-espèces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.5 Diffusiondelachaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.6 Coefficientsdetransportdiffusif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.7 Cinétiquechimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52TABLE DES MATIÈRES
3 Équationsdeconservationpourlaphasedispersée 55
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.2 Deladescriptionstatistiquedusprayauxéquationsdeconservationeulériennes ..... 59
3.3 Modèlesdefermeture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4 ÉquationspourlaLESdiphasiqueréactive 81
4.1 Simulationauxgrandeséchelles(SGEouLES) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.2 ÉquationsLESpourlaphasegazeuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.3 Modèlesdesous-maille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.4 ÉquationsLESpourlaphasedispersée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.5 Modèlesdesous-maillepourlaphasedispersée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.6 Modèledecombustionturbulente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.7 Modélisationdelachimiedukérosène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5 Approchenumérique 113
5.1 DiscrétisationCell-Vertex.................................. 113
5.2 Schémasnumériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.3 Modèlesdeviscositéartificielle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
5.4 Maillages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5.5 Parallélismeetperformance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
5.6 Conditionsauxlimites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
II Interactionturbulence-évaporation-flamme 127
6 Évaporationdegouttesdansuneturbulencehomogèneisotrope 131
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.2 Descriptionducastest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6.3 Dynamiquedelaphasegazeuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4TABLEDESMATIÈRES
6.4 Bilansdemasseetd’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
6.5 Comparaisonavecl’approchelagrangienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.6 Analysedesmécanismesdeproductionetdedestructiondelavariancedevapeur .... 147
6.7 Tauxd’évaporationfiltréenLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
6.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
7 Flammeslaminairesdiphasiques 157
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
7.2 Flammediphasiquehomogène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
7.3 Flammesaturée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
III Combustiondiphasiquedansunsecteurdefoyeraéronautique 199
8 Écoulementréactifenrégimestationnaire 203
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.2 Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.3 Aérodynamiquedel’écoulementnonréactif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
8.4 Topologiedel’écoulementetmécanismedestabilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
8.5 Structuredeflamme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
8.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
9 Allumaged’unsecteurdechambre 223
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
9.2 Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
9.3 Diagnosticstemporels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
9.4 Analysedeschampsinstantanés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
9.5 Analyselocale1D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
9.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
5TABLE DES MATIÈRES
IV Allumaged’unfoyercompletdechambredecombustion 237
Introduction 239
LESofanignitionsequenceinafullhelicoptercombustor 240
Compléments 263
Influencedelarépartitiondecarburantliquide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Comparaisonavecl’allumageencarburationgazeuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
Conclusiongénérale 269
Bibliographie 273
Annexes 293
A Bilandemasseetd’énergiedanslaTHIavecévaporation 293
B Articlesoumisà Flow, Turbulence and Combustion 295
Résumé 349
6Remerciements
Je tiens à exprimer ici ma gratitude à toutes les personnes qui ont contribué à faire de mes années de
thèseuneexpérienced’unegranderichesse.
Je remercie Bénédicte Cuenot d’avoir encadré mon DEA et d’avoir accepté de diriger ma thèse. Je
retiens particulièrement sa disponibilité, la pertinence de ses conseils et nos discussions scientifiques
captivantes. Elle incarne pour moi une image dynamique et fascinante de la recherche et représente un
modèlederéussitequiinciteàpoursuivredanslemétierdechercheur.
Je remercie également Thierry Poinsot pour sa gestion remarquable de l’équipe CFD du CERFACS.
Ildonneauxjeuneschercheurslesmoyens,l’énergieetlecadrenécessairespourproduireunerecherche
dehautniveau.
Mes remerciements vont naturellement à Iskender Gökalp et Luc Vervisch pour avoir accepté
d’être
rapporteursdemathèseainsiqu’àDenisVeynante,CatherineColin,PhilippeVilledieuetMichelCaza-
lenspouravoirexaminémasoutenance.
AuseinduCERFACS,nombreuxsontlesmembresactuelsetanciensquejesouhaiteremercier,tant
pourlescollaborationsprofessionnellesetscientifiques,quepourlesnombreuxmomentsd’amitiépartagés. Avant tout, j’adresse mes remerciements chaleureux à Marie Labadens, secrétaire d’équipe, dont le
dévouement quasi maternel est précieux pour la grande famille des thésards CFD. J’exprime
également
maplusprofondereconnaissanceauxéquipesinformatiquesetadministrativespourleurdisponibilitéet
leurincroyableefficacité.Grâceàeux,informatiqueetadministrationnesontplussynonymesdesolitude
etfrustration!
Jesalueensuitel’ensembledesmembresdel’équipediphasiquepournosnombreuxéchangesetcollaborations, me permettant de passer du statut de novice en diphasique à diphasicien premier grade...
Merci à André Kaufmann (G