Simulation numérique d'ecoulements hypersoniques visqueux en déséquilibre chimique PDF Download
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Author: Françoise Perrel
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Languages : fr
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Book Description
La première partie de ce mémoire pose le cadre de l'étude : les principales caractéristiques des écoulements hypersoniques sont rappelées, accompagnées d'une discussion des modélisations applicables. Le modèle retenu ici est celui de l'air compose de 5 espèces en déséquilibre chimique, régi par les équations de Navier-Stokes de couche mince bidimensionnelle plane ou axisymétrique. Nous exposons la mise en œuvre numérique dans la deuxième partie. Une méthode de volumes finis est utilisée pour la discrétisation spatiale des équations : les termes de diffusion sont traités selon un schéma centre et les flux de convection selon un schéma tvd. Les termes sources, représentant les taux de production chimique, sont évalués au centre des volumes de contrôle. Un schéma totalement implicite et entièrement couple est retenu pour la discrétisation temporelle afin de limiter les contraintes sévères sur le pas de temps dues à la raideur des équations. Le système discrétisé est enfin résolu à l'aide d'une relaxation par lignes. Les résultats obtenus sont présentés dans la dernière partie. L’influence du choix du schéma numérique est d'abord étudiée en appliquant une discrétisation tvd aux équations d’Euler instationnaires pour un écoulement monodimensionnel réactif dans un tube à choc. Le calcul d'écoulements visqueux 2D sur différentes géométries (double ellipse, sphère, plaque plane et hyperboloïde) donne des résultats en bon accord avec d'autres résultats numériques et expérimentaux et montre les capacités de la méthode à simuler des écoulements complexes (tant par la géométrie que par les effets de thermochimie). Une étude paramétrique met en évidence l'influence des différentes modélisations sur la solution.
Author: Françoise Perrel
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La première partie de ce mémoire pose le cadre de l'étude : les principales caractéristiques des écoulements hypersoniques sont rappelées, accompagnées d'une discussion des modélisations applicables. Le modèle retenu ici est celui de l'air compose de 5 espèces en déséquilibre chimique, régi par les équations de Navier-Stokes de couche mince bidimensionnelle plane ou axisymétrique. Nous exposons la mise en œuvre numérique dans la deuxième partie. Une méthode de volumes finis est utilisée pour la discrétisation spatiale des équations : les termes de diffusion sont traités selon un schéma centre et les flux de convection selon un schéma tvd. Les termes sources, représentant les taux de production chimique, sont évalués au centre des volumes de contrôle. Un schéma totalement implicite et entièrement couple est retenu pour la discrétisation temporelle afin de limiter les contraintes sévères sur le pas de temps dues à la raideur des équations. Le système discrétisé est enfin résolu à l'aide d'une relaxation par lignes. Les résultats obtenus sont présentés dans la dernière partie. L’influence du choix du schéma numérique est d'abord étudiée en appliquant une discrétisation tvd aux équations d’Euler instationnaires pour un écoulement monodimensionnel réactif dans un tube à choc. Le calcul d'écoulements visqueux 2D sur différentes géométries (double ellipse, sphère, plaque plane et hyperboloïde) donne des résultats en bon accord avec d'autres résultats numériques et expérimentaux et montre les capacités de la méthode à simuler des écoulements complexes (tant par la géométrie que par les effets de thermochimie). Une étude paramétrique met en évidence l'influence des différentes modélisations sur la solution.
Author: AGNES.. MERLO RECORBET
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 264
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DANS CE TRAVAIL, ON S'INTERESSE A LA SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS HYPERSONIQUES. ON ETUDIE D'UNE PART DES ECOULEMENTS STATIONNAIRES EN DESEQUILIBRE THERMOCHIMIQUE AUTOUR D'OBSTACLES OU EN TUYERE DE REVOLUTION ET D'AUTRE PART L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE DE LA PHASE D'AMORCAGE D'UNE TUYERE. DANS UN PREMIER CHAPITRE, NOUS RAPPELONS LA MODELISATION PHYSIQUE, UTILISEE DANS CE TRAVAIL. PAR LA SUITE, CE MEMOIRE EST ARTICULE EN TROIS PARTIES. DANS UNE PREMIERE PARTIE, ON ETUDIE LES ECOULEMENTS HYPERSONIQUES NON VISQUEUX EN DESEQUILIBRE CHIMIQUE ET THERMIQUE. ON PROPOSE DEUX APPROCHES, UNE METHODE DITE DE COUPLAGE FAIBLE ET UNE METHODE DE COUPLAGE FORT. DANS LES DEUX CAS L'APPROXIMATION SPATIALE REPOSE SUR UNE FORMULATION VOLUMES FINIS ET LE SCHEMA EN TEMPS EST IMPLICITE. LA PRECISION D'ORDRE DEUX EST OBTENUE PAR UNE METHODE MUSCL. CES METHODES SONT APPLIQUEES A LA SIMULATION D'ECOULEMENTS AUTOUR DE CORPS ARRONDIS ET DE DOUBLE-ELLIPSE. ON ETUDIE L'INFLUENCE DU DESEQUILIBRE THERMIQUE SUR LA SOLUTION ET SUR LA ROBUSTESSE DU SCHEMA. LA DEUXIEME PARTIE EST CONSACREE A L'ETUDE D'ECOULEMENTS HYPERSONIQUES VISQUEUX EN DESEQUILIBRE THERMO-CHIMIQUE. APRES AVOIR RAPPELE LA MODELISATION PHYSIQUE DU PROBLEME, ON DONNE L'EXTENSION AU CAS VISQUEUX DE LA METHODE NUMERIQUE UTILISEE DANS LA PARTIE PRECEDENTE. LA DISCRETISATION SPATIALE DES FLUX DIFFUSIFS REPOSE SUR UNE FORMULATION ELEMENTS FINIS, LE SCHEMA D'INTEGRATION EN TEMPS EST IMPLICITE. AFIN D'ETUDIER L'ECOULEMENT DANS UNE TUYERE, NOUS PRESENTONS UNE FORMULATION AXISYMETRIQUE DANS LE CADRE D'ECOULEMENTS VISQUEUX. CES METHODES PERMETTENT D'OBTENIR DES RESULTATS AUTOUR DE GEOMETRIES DE TYPE DOUBLE-ELLIPSE ET DE TUYERE. DANS UNE DERNIERE PARTIE, NOUS PRESENTONS UNE ETUDE PRELIMINAIRE CONCERNANT L'AMORCAGE D'UNE TUYERE. L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE SE PROPAGEANT DANS LA TUYERE EST SUPPOSE A L'EQUILIBRE CHIMIQUE ET THERMIQUE. UNE ETUDE MONODIMENSIONNELLE NOUS A PERMIS D'ADAPTER UN SOLVEUR DE ROE AU CAS D'UN MELANGE D'AIR ET D'HELIUM. NOUS PRESENTONS PAR LA SUITE LES SCHEMAS ESSENTIELLEMENT NON OSCILLATOIRES (E.N.O.) UTILISES POUR LA DISCRETISATION SPATIALE. CES SCHEMAS NOUS PERMETTENT D'ATTEINDRE DES PRECISIONS D'ORDRE TROIS. LA DISCRETISATION TEMPORELLE SE FAIT A L'AIDE D'UN SCHEMA DE RUNGE KUTTA. DES RESULTATS PRELIMINAIRES D'ORDRE UN DEUX ET TROIS SONT PRESENTES, ILS SIMULENT L'AMORCAGE D'UNE TUYERE A L'AIDE D'UN TUBE A CHOC
Author: Nathalie Glinsky
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 265
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Book Description
LE BUT DE CE TRAVAIL EST DE SIMULER NUMERIQUEMENT L'ECOULEMENT HYPERSONIQUE AUTOUR D'UN ENGIN SPATIAL LORS DE SA RENTREE ATMOSPHERIQUE. ON RESOUT D'ABORD UN PROBLEME MONODIMENSIONNEL MODELISANT LES PHENOMENES DE DISSOCIATION CHIMIQUE ET DE RELAXATION DERRIERE UN CHOC FORT DETACHE PAR UNE METHODE D'AVANCEMENT EN ESPACE. ON EXAMINE ENSUITE LA STABILITE DES SCHEMAS DECENTRES POUR LES EQUATIONS BIDIMENSIONNELLES DE CONVECTION ET DE CONVECTION-DIFFUSION D'UNE ESPECE. ON ETUDIE ENSUITE DES ECOULEMENTS REACTIFS BIDIMENSIONNELS REGIS PAR LES EQUATIONS D'EULER PUIS DE NAVIER-STOKES AUXQUELLES ON AJOUTE UN MODELE DE DISSOCIATION CHIMIQUE HORS-EQUILIBRE. DANS UNE APPROCHE PSEUDO-INSTATIONNAIRE, ON UTILISE UNE DISCRETISATION SPATIALE DE TYPE MIXTE VOLUMES FINIS/ELEMENTS FINIS P1 DECENTRES APPLICABLE A DES MAILLAGES TRIANGULAIRES NON STRUCTURES. L'EXTENSION A L'ORDRE 2 EST FAITE PAR LA METHODE M.U.S.C.L. L'INTRODUCTION DES EQUATIONS DE BILAN DES ESPECES EST REALISEE SELON L'APPROCHE DECOUPLEE ET L'UTILISATION D'UN GAMMA-EQUIVALENT. LE TERME DE PRODUCTION DES ESPECES EST TRAITE IMPLICITEMENT. CETTE METHODE EST VALIDEE. ON PRESENTE ENFIN DES SOLUTIONS NUMERIQUES D'ECOULEMENTS (NON VISQUEUX ET VISQUEUX) AUTOUR DE CORPS EMOUSSES ET D'UNE GEOMETRIE DE DOUBLE-ELLIPSE MODELISANT LA NAVETTE EUROPEENNE HERMES
Author: Eric Boccaccio
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 384
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CE MEMOIRE PORTE SUR LA MODELISATION ET LA SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS DISSIPATIFS HYPERSONIQUES D'AIR COMPOSE D'UN MELANGE DE CINQ ESPECES N2, O2, NO, N ET O) EN DESEQUILIBRE THERMO-CHIMIQUE. DANS UN PREMIER TEMPS, LES EQUATIONS INSTATIONNAIRES REGISSANT CET ECOULEMENT COMPRESSIBLE VISQUEUX, AXISYMETRIQUE SONT DETAILLEES. LE SYSTEME AUX DERIVEES PARTIELLES AINSI OBTENU EST RESOLU PAR UNE METHODE NUMERIQUE AUX DIFFERENCES FINIES IMPLICITE TOTALEMENT COUPLEE D'ORDRE DEUX EN ESPACES ET EN TEMPS. LA TECHNIQUE DE DECOMPOSITION DES FLUX EST APPLIQUEE A LA PARTIE IMPLICITE ET LA DISCRETISATION CONDUIT A UN SYSTEME LINEAIRE A MATRICE PENTADIAGONALE PAR BLOCS RESOLU PAR UNE METHODE DE RELAXATION PAR LIGNE OU PAR POINT DE GAUSS-SEIDEL. LE CODE A ETE APPLIQUE POUR ETUDIER LES ECOULEMENTS HYPERSONIQUES DANS DES TUYERES A HAUTE ENTHALPIE GENERATRICE. APRES AVOIR MIS EN EVIDENCE LES PHENOMENES DE FIGEAGE DES DIFFERENTS PROCESSUS THERMO-CHIMIQUE, L'INFLUENCE DE LA PRESSION RESERVOIR ET DE LA FORME DE LA PAROI DE LA TUYERE SUR L'ECOULEMENT INTERNE A ETE ANALYSEE. LA COMPARAISON AVEC LE PEU DE RESULTATS NUMERIQUES DISPONIBLES DANS LA LITTERATURE A MONTRE UN BON ACCORD DANS LA ZONE DE DESEQUILIBRE ET DES ECARTS EN SORTIE DE TUYERE, PRINCIPALEMENT DUS A DES CHOIX DE MODELES VIBRATIONNELS DIFFERENTS. D'AUTRE PART, CES CALCULS ONT PU METTRE EN EVIDENCE LA CAPACITE DU CODE A SIMULER DE TELS ECOULEMENTS ET L'IMPORTANCE DE LA PRISE EN COMPTE DES PHENOMENES DE DESEQUILIBRE CHIMIQUE ET VIBRATIONNEL
Author: Nathalie Glinsky
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Author: BERTIN
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 1461203759
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 438
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Book Description
These three volumes entitled Advances in Hypersonics contain the Proceedings of the Second and Third Joint US/Europe Short Course in Hypersonics which took place in Colorado Springs and Aachen. The Second Course was organized at the US Air Force Academy, USA in January 1989 and the Third Course at Aachen, Germany in October 1990. The main idea of these Courses was to present to chemists, com puter scientists, engineers, experimentalists, mathematicians, and physicists state of the art lectures in scientific and technical dis ciplines including mathematical modeling, computational methods, and experimental measurements necessary to define the aerothermo dynamic environments for space vehicles such as the US Orbiter or the European Hermes flying at hypersonic speeds. The subjects can be grouped into the following areas: Phys ical environments, configuration requirements, propulsion systems (including airbreathing systems), experimental methods for external and internal flow, theoretical and numerical methods. Since hyper sonic flight requires highly integrated systems, the Short Courses not only aimed to give in-depth analysis of hypersonic research and technology but also tried to broaden the view of attendees to give them the ability to understand the complex problem of hypersonic flight. Most of the participants in the Short Courses prepared a docu ment based on their presentation for reproduction in the three vol umes. Some authors spent considerable time and energy going well beyond their oral presentation to provide a quality assessment of the state of the art in their area of expertise as of 1989 and 1991.
Author: Edwige Godlewski
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 1461207134
Category : Mathematics
Languages : en
Pages : 519
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Book Description
This work is devoted to the theory and approximation of nonlinear hyper bolic systems of conservation laws in one or two space variables. It follows directly a previous publication on hyperbolic systems of conservation laws by the same authors, and we shall make frequent references to Godlewski and Raviart (1991) (hereafter noted G. R. ), though the present volume can be read independently. This earlier publication, apart from a first chap ter, especially covered the scalar case. Thus, we shall detail here neither the mathematical theory of multidimensional scalar conservation laws nor their approximation in the one-dimensional case by finite-difference con servative schemes, both of which were treated in G. R. , but we shall mostly consider systems. The theory for systems is in fact much more difficult and not at all completed. This explains why we shall mainly concentrate on some theoretical aspects that are needed in the applications, such as the solution of the Riemann problem, with occasional insights into more sophisticated problems. The present book is divided into six chapters, including an introductory chapter. For the reader's convenience, we shall resume in this Introduction the notions that are necessary for a self-sufficient understanding of this book -the main definitions of hyperbolicity, weak solutions, and entropy present the practical examples that will be thoroughly developed in the following chapters, and recall the main results concerning the scalar case.
Author: Jean-Luc Verant
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 472
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Book Description
LES RENTREES HYPERSONIQUES, PLANANTES OU BALISTIQUES, SONT LE SIEGE DE PHENOMENES THERMODYNAMIQUES IMPORTANTS METTANT EN JEU DES ENERGIES CONSIDERABLES. IL EST NECESSAIRE D'EVALUER DES METHODES NUMERIQUES QUI PUISSENT TENIR COMPTE DES SPECIFICITES DES ECHANGES INTERNES DU GAZ EN RELAXATION CHIMIQUE DONT LES TEMPS CARACTERISTIQUES, TRES FAIBLES, SONT TRES CONTRAIGNANTS POUR LA STABILITE DES SCHEMAS ETUDIES. L'INTRODUCTION DES EFFETS DE DESEQUILIBRE CHIMIQUE DANS UN MELANGE D'ESPECES NEUTRES EST EFFECTUEE DANS LA MODELISATION DES EQUATIONS DE COUCHE LIMITE ET CELLES DE NAVIER-STOCKES PARABOLISEES. DANS UN PREMIER TEMPS, LA SIMULATION DE LA COUCHE LIMITE EST DEVELOPPEE A PARTIR DES EQUATIONS PRENANT EN COMPTE LE CARACTERE DISSOCIATIF DU MELANGE GAZEUX. UNE METHODE NUMERIQUE AUX VOLUMES FINIS IMPLICITE EST APPLIQUEE AU SYSTEME CONSERVATIF. L'EXEMPLE D'APPLICATION EST CELUI D'UNE COUCHE LIMITE A SYMETRIE AXIALE SUR LE MEDECIN INTRADOS D'UNE MAQUETTE D'HERMES94 DANS DES PROCHES CONDITIONS D'ECOULEMENT DE LA SOUFFLERIE HYPERSONIQUE F4. LE DEUXIEME NIVEAU DE MODELISATION ET D'APPROXIMATION DES EQUATIONS DE NAVIER-STOCKES EST OBTENU EN DEVELOPPANT UN SYSTEME D'EQUATIONS PNS APPLIQUE A DES ECOULEMENTS SUPERSONIQUES, TANDIS QUE LES EQUATIONS SONT MODIFIEES DANS LA ZONE SUBSONIQUE. CECI PERMET LE CALCUL DU CHAMP ENTRE LE CORPS ET LE CHOC PAR LA TECHNIQUE DE MARCHE EN ESPACE DANS LA DIRECTION DE L'ECOULEMENT. LA METHODE NUMERIQUE UTILISE UN SCHEMA AUX VOLUMES FINIS, IMPLICITE PAR LINEARISATION DES FLUX. UNE APPROCHE DE TYPE TVD EST OPEREE SUR LES FLUX DE FLUIDE PARFAIT DANS LA DIRECTION TRANSVERSALE DE L'ECOULEMENT. LES CAS ETUDIES VALIDENT LE SCHEMA NUMERIQUE AINSI QUE LES HYPOTHESES PHYSIQUES INTRODUITES: COMPARAISONS AVEC DES CALCULS NAVIER-STOKES INSTATIONNAIRES MODELISES EN DESEQUILIBRE CHIMIQUE. LA SIMULATION DU CHAMP COMPLET EN DESEQUILIBRE CHIMIQUE DANS LE PLAN DU MERIDIEN INTRADOS DE LA MAQUETT
Author: ARNAUD.. EPIFANIE
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 222
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Book Description
AU COURS DE LA RENTREE ATMOSPHERIQUE D'ENGINS HYPERSONIQUES, UNE ONDE DE CHOC FORTE ENTOURE L'APPAREIL. A TRAVERS CETTE ONDE DE CHOC, L'AIR EST BRUSQUEMENT RALENTI ET UNE GRANDE PART DE L'ENERGIE CINETIQUE SE TRANSFORME EN ENERGIE INTERNE. LE PLASMA FORME EN AVAL DE CETTE DISCONTINUITE EST ALORS LE SIEGE D'UN DESEQUILIBRE THERMIQUE, CHIMIQUE ET RADIATIF. LE BUT DE CETTE ETUDE EST DE FAIRE UNE SYNTHESE DES DIFFERENTS TYPES DE MODELISATION PROPOSES DANS LA LITTERATURE POUR PRENDRE EN COMPTE CES PROCESSUS. LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL EST CONSACREE A L'ETUDE THEORIQUE ET A LA SIMULATION DES DIFFERENTS PHENOMENES PHYSICO-CHIMIQUES PRENANT PLACE DANS L'ECOULEMENT HYPERSONIQUE. DANS UNE SECONDE PARTIE, UNE VALIDATION SUR LES MODELES DE TAUX DE DISSOCIATION DITHERMES ET LES MODELES D'ECHANGES ENERGETIQUES VIBRATIONNELS, DANS UN PLASMA D'AZOTE COMPOSE DE CINQ ESPECES (N#2, N, N#2#+, N#+, E#-), EST EFFECTUEE PAR COMPARAISON ENTRE SPECTRE D'EMISSION SIMULE ET EXPERIMENTAL DU SYSTEME N#2#+(1#-). POUR CE FAIRE UN CODE AERODYNAMIQUE NON VISQUEUX (RESOLU PAR UNE METHODE BDF) A TROIS TEMPERATURES EST COUPLE A UN CODE COLLISIONNEL-RADIATIF ET A UN MODULE SPECTRAL. DANS UNE DERNIERE PARTIE, UN CODE AERODYNAMIQUE VISQUEUX A DEUX OU TROIS TEMPERATURES PLUS PERFORMANT (SCHEMA TVD IMPLICITE) EST MIS EN PLACE. DE NOUVELLES COMPARAISONS AVEC LES SPECTRES EXPERIMENTAUX SONT EFFECTUEES POUR LE CAS DE L'EXPERIENCE PRECEDENTE. FINALEMENT, LA PUISSANCE TOTALE RAYONNEE SIMULEE DU SYSTEME N#2#+(1#-) DANS UN PLASMA D'AIR COMPOSE DE ONZE ESPECES (N#2, N, O#2, O, NO, N#2#+, N#+, O#2#+, O#+, NO#+, E#-) EST COMPAREE A CELLE ENREGISTREE LORS DE RENTREES ATMOSPHERIQUES. ON MONTRE QUE POUR LE DESEQUILIBRE THERMIQUE, LA REPRESENTATION DE MACHERET DONNE LES MEILLEURS RESULTATS AUSSI BIEN DANS L'AZOTE QUE DANS L'AIR. DE MEME, LA RELATION DE HANSEN POUR L'IONISATION ASSOCIATIVE EST LA MIEUX ADAPTEE. IL EXISTE UNE FORTE DEPENDANCE DU SPECTRE VIS A VIS DE LA TEMPERATURE DE VIBRATION CHOISIE.
Author: Remi Abgrall
Publisher: Elsevier
ISBN: 044463911X
Category : Mathematics
Languages : en
Pages : 612
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Book Description
Handbook on Numerical Methods for Hyperbolic Problems: Applied and Modern Issues details the large amount of literature in the design, analysis, and application of various numerical algorithms for solving hyperbolic equations that has been produced in the last several decades. This volume provides concise summaries from experts in different types of algorithms, so that readers can find a variety of algorithms under different situations and become familiar with their relative advantages and limitations. - Provides detailed, cutting-edge background explanations of existing algorithms and their analysis - Presents a method of different algorithms for specific applications and the relative advantages and limitations of different algorithms for engineers or those involved in applications - Written by leading subject experts in each field, the volumes provide breadth and depth of content coverage
