Simulation aux grandes échelles de l'allumage diphasique des foyers aéronautiques PDF Download
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Author: Matthieu Boileau
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ISBN:
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Languages : fr
Pages : 348
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Book Description
L'allumage ou le rallumage d'une turbine à gaz dans une atmosphère froide et raréfiée est un problème crucial pour les constructeurs aéronautiques. Le but de cette thèse est de développer une méthode de simulation aux grandes échelles (LES) pour étudier la combustion et l'allumage dans les géométries réalistes de foyers aéronautiques. L'approche théorique instationnaire prend en compte les caractéristiques essentielles de ces phénomènes en réalisant le couplage entre les modèles de turbulence, de dispersion du spray de carburant et de combustion. L'outil LES est validé dans des cas académiques puis appliqué à une configuration réaliste de foyer d'hélicoptère comportant 18 secteurs identiques. Le régime stationnaire et la séquence d'allumage d'un secteur isolé sont d'abord analysés. Grâce au calcul massivement parallèle, l'étude est ensuite étendue à l'allumage complet des 18 secteurs, apportant un éclairage nouveau sur la physique du phénomène.
Author: Matthieu Boileau
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Languages : fr
Pages : 348
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Book Description
L'allumage ou le rallumage d'une turbine à gaz dans une atmosphère froide et raréfiée est un problème crucial pour les constructeurs aéronautiques. Le but de cette thèse est de développer une méthode de simulation aux grandes échelles (LES) pour étudier la combustion et l'allumage dans les géométries réalistes de foyers aéronautiques. L'approche théorique instationnaire prend en compte les caractéristiques essentielles de ces phénomènes en réalisant le couplage entre les modèles de turbulence, de dispersion du spray de carburant et de combustion. L'outil LES est validé dans des cas académiques puis appliqué à une configuration réaliste de foyer d'hélicoptère comportant 18 secteurs identiques. Le régime stationnaire et la séquence d'allumage d'un secteur isolé sont d'abord analysés. Grâce au calcul massivement parallèle, l'étude est ensuite étendue à l'allumage complet des 18 secteurs, apportant un éclairage nouveau sur la physique du phénomène.
Author: Stéphane Pascaud
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Languages : fr
Pages : 178
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Book Description
Dans le processus de conception d'un foyer aéronautique, le ré-allumage en altitude est, bien avant la consommation ou la pollution, le critère limitant. Ce phénomène mettant en jeu la turbulence, les écoulements diphasiques et la thermochimie, la faisabilité d'un outil numérique à simuler ce processus fortement instationnaire doit être démontrée. La première partie de cette thèse détaille le développement d'un code parallèle combinant une approche aux grandes échelles, un formalisme eulérien et un modèle de flamme épaissie dynamiquement. Dans la seconde partie, ce code est appliqué à un foyer aéronautique industriel. En régime établi, les mécanismes de stabilisation de la flamme diphasique sont détaillés en insistant sur l'influence du processus d'évaporation. La simulation d'une phase d'allumage est ensuite réalisée de la naissance de la flamme à la stabilisation près de l'injecteur liquide. Enfin, l'influence d'une perturbation acoustique sur la dynamique de flamme est détaillée.
Author: Denis Thibaut
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Languages : fr
Pages : 266
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Book Description
La combustion prémélangée pauvre constitue une voie prometteuse pour lutter contre la production d’oxydes d’azote dans les foyers aéronautiques. La mise en œuvre de cette technique comporte des risques d’auto-allumage et de remontée de flamme. Ces deux problèmes sont étudiés dans cette thèse. Les modes d’allumage probables sont caractérisés. Plus particulièrement nous présentons une étude numérique de l’auto-allumage de brouillards de gouttelettes. Différents modes d’allumage sont mis en évidence. Le modèle fournit les délais d’allumage de nuages de gouttes dans les conditions typiques de fonctionnement d’une chambre prémélangée. L’influence des contraintes aérodynamiques sur l’allumage de flammes de diffusion est également discutée. Les mécanismes de remontée de flamme liés aux instabilités de combustion sont étudiés numériquement. Une technique de simulation aux grandes échelles (LES) est couplée à une représentation de la combustion par épaississement de flamme. Plusieurs simulations numériques réactives sont discutées. La troisième et dernière partie de ce travail est consacrée à une étude de l’influence de la pression sur la production d’oxydes d’azote. Des calculs en chimie complexe et une étude expérimentale d’une flamme de diffusion étirée à contre-courant sous pression sont présentés.
Author: Loïc Hervo
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Languages : fr
Pages : 0
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L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement et à la validation d'outils numériques permettant la Simulation aux Grandes Echelles (SGE) de l'allumage d'un écoulement turbulent diphasique dans une chambre de combustion. Pour ce faire, une méthode de dépôt d'énergie modélisant l'apport d'énergie lié au claquage de la bougie d'allumage a été implémentée dans la chaîne de calcul CEDRE. Cette méthode a été validée sur une simulation de l'allumage d'un écoulement laminaire purement gazeux d'air et de propane. Une SGE de l'écoulement d'air du MERCATO a été effectué à l'aide du solveur Navier-Stokes CHARME de CEDRE. Cette simulation reproduit fidèlement l'écoulement turbulent non-réactif dans la chambre de combustion. Une méthode d'injection simplifiée FIMUR a été ajoutée au solveur lagrangien SPARTE de CEDRE. Dans cette méthode, des gouttes sont injectées directement au nez de l'injecteur avec une distribution de vitesse et de taille imposée. Une SGE de l'écoulement turbulent diphasique dispersé non-réactif dans la chambre MERCATO a ensuite été réalisée avec cette méthode. La comparaison des champs particulaires moyens de vitesse et de taille obtenus par simulation numérique avec les données expérimentales est satisfaisante. Enfin, des SGE de l'allumage de la chambre MERCATO ont été effectuées à partir du champ diphasique non-réactif simulé et de la méthode de dépôt d'énergie développée. Selon l'instant du dépôt d'énergie, les simulations conduisent à des allumages réussis ou ratés. La propagation de la flamme dans la chambre pour un allumage réussi a fait l'objet d'une analyse détaillée pour tenter de déterminer les principaux facteurs l'influençant.
Author: Nicolas Lamarque
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Languages : fr
Pages : 346
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La Simulation aux grandes échelles est un outil présentant un grand potentiel pour une meilleure compréhension des instabilités thermo-acoustiques se produisant dans les chambres de combustion. Cette thèse présente tout d'abord une stratégie de description de la combustion turbulente et diphasique dans les géométries complexes. Une étude approfondie de différents schémas numériques de convection est ensuite réalisée. Des calculs théoriques et pratiques d'erreurs sont mis en oeuvre. Une attention particulière est portée aux discrétisations aux bords du domaine de calcul ainsi qu'au type de conditions limites choisi. La chambre de combustion du banc expérimental MERCATO de l'ONERA sert à valider et à évaluer ces stratégies numériques. On décrit et on analyse enfin trois méthodes de détermination des impédances acoustiques de conduits à section variable. Celles-ci permettent de caractériser les conditions limites d'entrée et de sortie des brûleurs industriels.
Author: Sébastien Roux
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Languages : fr
Pages : 0
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Face aux nouveaux enjeux écologiques et économiques, les turbines à gaz aéronautiques et industrielles sont la proie des instabilités de combustion. En réponse à des campagnes d'essais coûteuses et aux insuffisances des simulations RANS, la simulation aux grandes échelles (SGE) émerge comme une solution prometteuse pour étudier ces instabilités. Cette thèse démontre au travers du code AVBP dans le cadre du projet européen PRECCINSTA la capacité de la SGE appuyée par un outil d'analyse acoustique à prédire le comportement stationnaire et instationnaire d'une chambre de combustion "académique". Dans le cas d'un moteur réel, cette thèse étudie ensuite l'importance de la prise en compte dand le domaine de calcul de la SGE du distributeur haute pression en sortie de chambre. L'apport majeur de ce travail réside dans les réponses qu'il donne comme dans les questions qu'il soulève concernant les conditions limites qui doivent être celles d'un bon calcul de chambre de combustion.
Author: Guilhem Lacaze
Publisher: Editions Universitaires Europeennes
ISBN: 9786131513947
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Languages : fr
Pages : 348
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L'allumage d'un moteur fusee cryotechnique (carburants liquides) est une phase critique. L'objectif de cette these est de developper une methodologie s'appuyant sur la simulation aux grandes echelles (LES) pour etudier les phenomenes physiques impliques dans un tel allumage. L'interet de la methode LES est de pouvoir capturer les couplages instationnaires entre la turbulence, les processus diphasiques et la cinetique chimique. L'outil numerique est tout d'abord valide sur des cas academiques et experimentaux, puis applique a un moteur fusee reel. Une approche graduelle est employee: les differents cas de validation presentent une complexite croissante, permettant d'isoler les processus physiques principaux. Ce travail de recherche montre que l'approche de la simulation aux grandes echelles, dans un contexte de calcul massivement parallele, peut etre utilisee pour etudier une sequence complete d'allumage dans un moteur fusee reel."
Author: Guilhem Lacaze
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Languages : fr
Pages : 0
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L'allumage d'un moteur fusée cryotechnique (carburants liquides) est une phase critique. La moindre anomalie dans la procédure d'allumage peut conduire à la destruction du lanceur. L'objectif de cette thèse est de développer une méthodologie s'appuyant sur la simulation aux grandes échelles (LES) pour étudier les phénomènes physiques impliqués dans un tel allumage. L'intérêt de la méthode LES est de pouvoir capturer les couplages instationnaires entre la turbulence, les processus diphasiques et la cinétique chimique. L'outil numérique est tout d'abord validé sur des cas académiques et expérimentaux, puis appliqué à un moteur fusée réel. Une approche graduelle est employée : les différents cas de validation présentent une complexité croissante, permettant d'isoler les processus physiques principaux. Ce travail de recherche montre que l'approche de la simulation aux grandes échelles, dans un contexte de calcul massivement parallèle, peut être utilisée pour étudier la séquence complète d'allumage dans un moteur fusée réel.
Author: Nicolás García Rosa
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Languages : fr
Pages : 274
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Book Description
L'allumage d'un foyer aérobie en conditions de haute altitude (basse pression, basse température d'air et de kérosène) est difficile à réaliser. Le domaine de rallumage en vol est à la fois un critère dimensionnant, imposant le volume de la chambre dès le stade d'avant-projet, et une exigence de certification du moteur. Le développement du domaine de vol des turbomachines aéronautiques repose sur l'amélioration des outils numériques de prévision des plages de stabilité des chambres de combustion. Les principaux enjeux de la modélisation de l'allumage résident dans son fort caractère instationnaire, dans une dynamique d'échelle importante et dans le couplage d'un grand nombre de phénomènes physiques. L'objectif de ce travail est de contribuer à l'amélioration et la validation de la méthodologie de simulation numérique de l'allumage d'un foyer de turbomachine. Des essais sont conduits dans un foyer académique avec de grands accès optiques, alimenté par un injecteur industriel. L'écoulement gazeux, puis diphasique avant et après l'allumage est caractérisé à l'aide de diagnostics optiques et de visualisations à haute cadence, en conditions ambiantes et à basse pression. Ces résultats sont comparés à des simulations numériques RANS conduites avec le code CEDRE de l’ONERA, et aux simulations LES réalisées par le CERFACS. En parallèle, le modèle de noyau diphasique d'allumage, proposé par les travaux précédents pour décrire les premiers instants de la propagation de la flamme, a été amélioré et intégré au code CEDRE. Une étude paramétrique sur une configuration académique a été confrontée avec la littérature afin de proposer une première validation et d'améliorer la compréhension du phénomène. Son intégration dans la simulation numérique permet de sonder un écoulement à la recherche des positions optimales pour l'allumeur comme le montrent les premiers résultats obtenus par Turbomeca. Ce modèle permettra également l'introduction de points chauds réalistes pour l'étude détaillée de la propagation du noyau au reste du foyer. Ces premiers résultats constituent le début d'une base de données de référence pour l'étude de l'allumage dans des conditions réalistes.
Author: Thierry Poinsot
Publisher: R.T. Edwards, Inc.
ISBN: 9781930217102
Category : Science
Languages : en
Pages : 544
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Book Description
Introducing numerical techniques for combustion, this textbook describes both laminar and turbulent flames, addresses the problem of flame-wall interaction, and presents a series of theoretical tools used to study the coupling phenomena between combustion and acoustics. The second edition incorporates recent advances in unsteady simulation methods,
