Simulation des grandes échelles et instabilités de combustion PDF Download
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Author: Ghislain Lartigue
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 582
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Book Description
Le travail présenté dans ce mémoire de thèse propose de démontrer que de nouveaux outils numériques sont désormais capables de prédire les instabilités de combustion qui peuvent apparaître dans les foyers de certaines turbines à gaz. Notamment, la méthode de simulation aux Grandes Echelles, implémentée dans un code de calcul compressible permet de prendre en compte les principaux phénomènes impliqués dans les instabilités de combustion. Ce travail décrit donc une nouvelle formulation d'un code de simulation des grandes échelles déjà existant afin de le rendre capable de modéliser très précisément les phénomènes thermodynamiques et chimiques liés à la combustion. Une validation de ce travail sera présentée dans une géométrie complexe. Les résultats numériques sont comparés avec succès à des mesures expérimentales. De plus, une analyse approfondie de l'acoustique de la configuration et de son intéraction avec la combustion est présentée.
Author: Ghislain Lartigue
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Category :
Languages : fr
Pages : 582
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Book Description
Le travail présenté dans ce mémoire de thèse propose de démontrer que de nouveaux outils numériques sont désormais capables de prédire les instabilités de combustion qui peuvent apparaître dans les foyers de certaines turbines à gaz. Notamment, la méthode de simulation aux Grandes Echelles, implémentée dans un code de calcul compressible permet de prendre en compte les principaux phénomènes impliqués dans les instabilités de combustion. Ce travail décrit donc une nouvelle formulation d'un code de simulation des grandes échelles déjà existant afin de le rendre capable de modéliser très précisément les phénomènes thermodynamiques et chimiques liés à la combustion. Une validation de ce travail sera présentée dans une géométrie complexe. Les résultats numériques sont comparés avec succès à des mesures expérimentales. De plus, une analyse approfondie de l'acoustique de la configuration et de son intéraction avec la combustion est présentée.
Author: Aloïs Sengissen
Publisher:
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Category :
Languages : en
Pages : 242
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Book Description
A spécificity of modern gas turbines is that these systems operate in very lean regimes to satisfy emission regulations. The resulting flames may be sensitive to combustion oscillations wich could dramatically diminish their service life due to the fatigue of the structure. Unfortunately the prediction of combustion instabilities using standard engineering tools is impossible. This thesis, in the framework of the DESIRE European project, investigates the capabilities of the Large Eddy Simulation (LES) approach to predict the instability and to evaluate its impact on the structure. On the way towards this fluid/structure coupling, many phenomena remain unclear, such as the role of equivalence ratio fluctuations in inducing an unsteady reaction rate, or the influence of thermal boundary conditions on these undesired combustion modes.
Author: Laurent Selle
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 184
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Book Description
Les écoulements vrillés (i.e. en rotation par rapport à la direction principale de l'écoulement) présentent des topologies très variées en fonction du rapport entre la vitesse débitante et la vitesse de rotation. Si ce rapport est suffisamment grand, il se forme une zone de recirculation sur l'axe de rotation. Cette propriété est utilisée dans les foyers de turbines pour stabiliser la flamme et la rendre compacte. Cependant, ces écoulements sont sujets à des instabilités de combustion résultant du couplage entre l'acoustique et la réaction chimique, pouvant entraîner jusqu'à la destruction du système. Ces instabilités sont totalement imprévisibles à l'aide des méthodes d'ingénierie classiques. Le travail présenté dans ce mémoire de thèse propose de démontrer que de nouveaux outils numériques sont potentiellement capables de prédire les instabilités de combustion. Par exemple, la méthode de Simulation aux Grandes Echelles, implémentée dans un code de calcul compressible permet de prendre en compte les ingrédients principaux des instabilités de combustion comme l'acoustique et l'interaction entre un front de flamme et une structure tourbillonnaire. Ce travail de thèse montre une validation de la simulation aux grandes échelles dans une géométrie industrielle complexe (brûleur SIEMENS) pour un écoulement vrillé non-réactif et réactif. Le code de calcul utilisé est le code AVBP, développé au CERFACS. Les résultats numériques sont comparés avec succès à des mesures expérimentales effectuées à l'Université de Karlsruhe (Allemagne). De plus, une analyse approfondie de l'acoustique de la configuration et de son interaction avec la combustion est présentée. Pour cette analyse, c'est un autre code du CERFACS (AVSP) qui est utilisé.
Author: Sergio Pirozzoli
Publisher: Springer
ISBN: 3030170128
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 250
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Book Description
This book provides state-of-art information on high-accuracy scientific computing and its future prospects, as applicable to the broad areas of fluid mechanics and combustion, and across all speed regimes. Beginning with the concepts of space-time discretization and dispersion relation in numerical computing, the foundations are laid for the efficient solution of the Navier-Stokes equations, with special reference to prominent approaches such as LES, DES and DNS. The basis of high-accuracy computing is rooted in the concept of stability, dispersion and phase errors, which require the comprehensive analysis of discrete computing by rigorously applying error dynamics. In this context, high-order finite-difference and finite-volume methods are presented. Naturally, the coverage also includes fundamental notions of high-performance computing and advanced concepts on parallel computing, including their implementation in prospective hexascale computers. Moreover, the book seeks to raise the bar beyond the pedagogical use of high-accuracy computing by addressing more complex physical scenarios, including turbulent combustion. Tools like proper orthogonal decomposition (POD), proper generalized decomposition (PGD), singular value decomposition (SVD), recursive POD, and high-order SVD in multi-parameter spaces are presented. Special attention is paid to bivariate and multivariate datasets in connection with various canonical flow and heat transfer cases. The book mainly addresses the needs of researchers and doctoral students in mechanical engineering, aerospace engineering, and all applied disciplines including applied mathematics, offering these readers a unique resource.
Author: Ronnie Knikker
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 232
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Book Description
La simulation numérique est un outil important pour mieux comprendre et prédire les systèmes de combustion industriels, où interviennent des phénomènes physiques complexes à des échelles caractéristiques très variées. La simulation des grandes échelles (LES), où les grandes structures de l’écoulement sont calculées explicitement et l’effet des plus petites est modélisé, apparaît alors comme une approche particulièrement prometteuse. Elle nécessite Donc de disposer de modèles décrivant l’action des échelles non-résolues sur les échelles calculées. Le principal objectif de cette thèse est le développement et la validation de modèles de sous-mailles pour la simulation de la combustion turbulente prémélangée. L’étude expérimentale d’une flamme turbulente en V stabilisée derrière un obstacle a été réalisée au moyen de techniques de mesures avancées. Des visualisations du front de flamme instantané effectuées par fluorescence induite par laser ont permis l’analyse de la modélisation de sous-maille du taux de réaction. L’interaction de la flamme avec une onde acoustique a été étudiée car son mécanisme est considéré comme une étape importante dans le développement des instabilités de combustion. De larges structures cohérentes de la flamme ont été observées, ainsi que de fortes contributions du taux de réaction de sous-maille phénomènes qui doivent être reproduits par les modèles LES. Des analyses détaillées des données expérimentales ont conduit au développement d’un modèle basé sur la courbure de la flamme résolue. Ce modèle prédit une action importante du modèle de sous-maille dans les régions où le front de flamme résolu est fortement courbé, en accord avec les expériences. Un second modèle, basé sur le concept de similarité, désormais classique en modélisation pour la simulation des grandes échelles des écoulements non-réactifs, a également été proposé et testé. Un complément attractif à ce modèle a été développé par une extension originale de la théorie des fractals à là LES des écoulements réactifs. La modélisation fractale du taux de réaction de sous-maille est discutée et analysée à partir des données expérimentales. Une formulation dynamique de ce modèle a également été étudiée. Enfin, l’approche LES analysée dans ce travail a été implantées dans un code de calcul numérique existant et des premiers calculs de la configuration expérimentale ont été réalisés. Les aspects critiques de ces simulations sont discutés et les premiers résultats du modèle de similarité proposé sont comparés aux données expérimentales et à un modèle de sous-maille exitant.
Author: Herman Deconinck
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 3540927794
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 901
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Book Description
The International Conference on Computational Fluid Dynamics (ICCFD) is the merger of the International Conference on Numerical Methods in Fluid Dynamics, ICNMFD (since 1969) and International Symposium on Computational Fluid Dynamics, ISCFD (since 1985). It is held every two years and brings together physicists, mathematicians and engineers to review and share recent advances in mathematical and computational techniques for modeling fluid dynamics. The proceedings of the 2006 conference (ICCFD4) held in Gent, Belgium, contain a selection of refereed contributions and are meant to serve as a source of reference for all those interested in the state of the art in computational fluid mechanics.
Author: Thomas Schmitt (docteur en dynamique des fluides).)
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Dans les chambres de combustion des moteurs fusées cryotechniques, la pression excède la pression critique des réactifs. Les interactions moléculaires ne sont plus négligeables et le comportement du fluide n'est plus celui d'un gaz parfait. Le but de cette thèse est de développer un outil de Simulation des Grandes Echelles (SGE) pour étudier la combustion et la dynamique dans des géométries réalistes de moteur fusées. L'utilisation de l'équation d'état de Peng-Robinson, associée à une formulation thermodynamique généralisée, et des coefficients de transports appropriés permettent au code de SGE AVBP du CERFACS de simuler des systèmes réactifs à pression supercritique. Les changements thermodynamiques au sein d'AVBP nécessitent également l'adaptation des conditions limites et des schémas numériques. L'outil est validé sur une configuration mono-espèce à pression supercritique, puis sur un cas représentatif d'un injecteur coaxial de moteur-fusée. Les résultats obtenus sont en bon accord avec l'expérience et offrent des perspectives encourageantes pour des études futures, telles que des configurations multi-injecteurs ou l'analyse des instabilités de combustion haute fréquence.
Author: Olivier Colin
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Languages : fr
Pages : 281
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Le but de cette thèse est de développer l'approche LES (Large Eddy Simulation) de la combustion turbulente prémélangée dans les statoréacteurs. Dans un premier temps, une étude bibliographique rappelle les caractéristiques essentielles des trois grandes approches de modélisation de la combustion turbulente en mécanique des fluides numérique (DNS, RANS et LES). Nous présentons ensuite le modèle TFLES (pour Thickened Flame LES) développé dans cette thèse : une partie de la combustion est directement résolue sur le maillage LES grâce à la méthode d'épaississement du front de flamme. La surface de flamme de sous-maille est alors modélisée par une fonction d'efficacité qui rend compte du plissement de la flamme non résolue induit par la turbulence de sous-maille. Un nouveau schéma numérique appelé TTGC, du troisième ordre en temps et espace, est développé et implanté dans le code de combustion hybride AVBP du CERFACS. Des tests simples en non réactif et réactif montrent que ce schéma donne de meilleurs résultats en calcul LES réactif que les schémas du deuxième ordre classiques, grâce à des erreurs dispersive et dissipative plus faibles. Ces développements numériques et de modélisation de la combustion sont d'abor validés sur une chambre de combustion de laboratoire. La comparaison calcul/expérience montre que l'approche TFLES permet de retrouver les battements de jets et l'acoustique de la chambre, non représentables dans les calculs RANS équivalents. Enfin, des calculs d'un statoréacteur effectués à différentes pressions montrent que le modèle TFLES permet de retrouver l'extinction de chambre observée expérimentalement à basse pression.
Author: Collectif
Publisher: Omn.Univ.Europ.
ISBN: 9786131584923
Category : Literary Criticism
Languages : fr
Pages : 132
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Book Description
L'utilisation des nouveaux techniques de l'injection permet d'am liorer les performances de la combustion (stabilit , r duction des polluants, ...). Il est primordial de conna tre les caract ristiques de la combustion de ces combustibles hybrides dans diff rentes conditions, afin de pouvoir les utiliser d'une mani re s re et efficace dans les installations pratiques. L'approche exp rimentale reste co teuse et limit e certaines conditions op ratoires. Cependant, le calcul num rique peut constituer la solution la plus adapt e, compte tenu du progr s r alis dans le domaine de l'informatique et de la mod lisation. Dans ce contexte, les coulements r actifs consid r s sont complexes et dans un souci de validation, le couplage de LES/PDF doit montrer ses capacit s sur des configurations non seulement acad miques. Le but de cette th se est de d montrer le potentiel de ce couplage pour la pr diction des coulements r actifs pauvre pr m lang e et non-pr m lang s dans deux types de chambres de combustion.
Author: Raphaël Courtois
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 223
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Book Description
Cette thèse est consacrée à la simulation aux grandes échelles (SGE) de l’écoulement dans une chambre de combustion en forme de marche descendante. Cette technique de simulation rend possible l’étude des phénomènes instationnaires et permet en particulier d’analyses le couplage entre la dynamique du front de flamme et l’écoulement. Dans le cadre de cette thèse, la chambre d’expérimentale en forme de marche descendante appelée chambre A3C a été choisie comme cas test. Cette chambre a en effet été l’objet, au laboratoire LAERTE de l’ONERA, de nombreuses mesures qui ont permis d’établir une base de données expérimentales fournie en champs moyens de température et de vitesse. Ces résultats expérimentaux servent de référence pour les calculs numériques effectués au cours de cette thèse. Les phénomènes instationnaires mis en évidence dans les calculs font aussi l’objet d’une analyse. Le code de calcul utilisé est le code AVBP développé au CERFACS. Dans un premier temps, notre étude a porté sur le cas simplifié de l’écoulement non réactif. Des calculs bidimensionnels ont d’abord été réalisés dans le cadre d’une prise en main du code AVBP. Une série de tests a ensuite été menée de façon à valider le code dans le cas de calculs tridimensionnels, plus réalistes. Dans un second temps, la combustion a été prise en compte grâce à un modèle de flamme épaissie. Une série de calculs bidimensionnels a d’abord été menée afin d’évaluer la fiabilité de test de calculs. Des calculs tridimensionnels ont ensuite été réalisés de façon à prendre totalement en compte l’influence de la turbulence sur le front de flamme. Ces calculs tridimensionnels sont très coûteux et leur intérêt est donc discuté.
