Modélisation et étude numérique de la combustion dans l'écoulement supersonique et turbulent résultant du mélange de deux jets concentriques composés respectivement d'hydrogène et d'air PDF Download
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Author: Valéry Morgenthaler
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Languages : fr
Pages : 163
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Book Description
LE TRAVAIL QUE NOUS PRESENTONS DANS CE MEMOIRE EST CONSACRE A L'ETUDE NUMERIQUE DU DEVELOPPEMENT DE LA COMBUSTION DANS LA ZONE DE MELANGE RESULTANT DE L'INTERACTION DE DEUX JETS CONCENTRIQUES SUPERSONIQUES ET TURBULENTS DANS LE CAS OU LE JET CENTRAL EST CONSTITUE PAR DE L'HYDROGENE ET LE JET EXTERNE PAR DE L'AIR. NOUS NOUS SOMMES INTERESSES PLUS PARTICULIEREMENT A L'INTERACTION EXISTANT ENTRE LA TURBULENCE, LA COMBUSTION ET LES EFFETS DE COMPRESSIBILITE PROPRES AUX ECOULEMENTS SUPERSONIQUES ET AUX OUTILS ACTUELLEMENT DISPONIBLES POUR MODELISER CES DIFFERENTS PHENOMENES. DEUX CAS ONT ETE CONSIDERES : I) LORSQUE L'ECHELLE DE TEMPS CARACTERISTIQUE DU MELANGE TURBULENT EST GRANDE DEVANT L'ECHELLE DE TEMPS CARACTERISTIQUE DU PROCESSUS CHIMIQUE, NOUS AVONS RETENU, POUR MODELISER LA COMBUSTION, UN MODELE DE FLAMMELETTES. DEUX CAS ONT ETE ENVISAGES : UN MODELE DE FLAMMELETTES CLASSIQUE DIRECTEMENT ISSU DES MODELES MIS AU POINT POUR LES ECOULEMENTS SUBSONIQUES (PETERS (1984, 1986) ET KUZNETSOV ET SABEL'NIKOV (1990) ET UN MODELE DE FLAMMELETTES COMPRESSIBLE PRENANT EN COMPTE LA CONVERSION ENERGIE CINETIQUE-ENERGIE THERMIQUE. II) LORSQUE L'ECHELLE DE TEMPS CARACTERISTIQUE DU MELANGE TURBULENT EST FAIBLE (OU COMPARABLE) DEVANT L'ECHELLE DE TEMPS CARACTERISTIQUE DU PROCESSUS CHIMIQUE, DEUX MODELES ONT ETE TESTES AFIN DE PRENDRE EN COMPTE LA LONGUEUR DE LA ZONE D'INDUCTION : LE MODELE PROPOSE PAR MASTORAKOS ET AL. (1997) ET LE PEUL PROPOSE PAR BORGHI ET POURBAIX (1983). DEUX TYPES DE DEPENDANCES FONCTIONNELLES ONT ETE CONSIDERES POUR LA PDF DE LA FRACTION DE MELANGE : UNE DETERMINATION CLASSIQUE DU TYPE FONCTION BETA ET UNE DETERMINATION, MOINS CLASSIQUE, PROPOSEE PAR KUZNTESOV ET SABEL'NIKOV (1990) ET DESTINEE A PRENDRE EN COMPTE LE ROLE DE L'INTERMITTENCE SUR LES TRANSPORTS TURBULENTS. DES CONCLUSIONS SONT DEVELOPPEES SUR LES CONDITIONS D'APPLICATION DES DIFFERENTS MODELES ET SUR LEURS CAPACITES A PREDIRE LE DEVELOPPEMENT DE LA COMBUSTION DANS LES CONFIGURATIONS ETUDIEES.
Author: Valéry Morgenthaler
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Languages : fr
Pages : 163
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LE TRAVAIL QUE NOUS PRESENTONS DANS CE MEMOIRE EST CONSACRE A L'ETUDE NUMERIQUE DU DEVELOPPEMENT DE LA COMBUSTION DANS LA ZONE DE MELANGE RESULTANT DE L'INTERACTION DE DEUX JETS CONCENTRIQUES SUPERSONIQUES ET TURBULENTS DANS LE CAS OU LE JET CENTRAL EST CONSTITUE PAR DE L'HYDROGENE ET LE JET EXTERNE PAR DE L'AIR. NOUS NOUS SOMMES INTERESSES PLUS PARTICULIEREMENT A L'INTERACTION EXISTANT ENTRE LA TURBULENCE, LA COMBUSTION ET LES EFFETS DE COMPRESSIBILITE PROPRES AUX ECOULEMENTS SUPERSONIQUES ET AUX OUTILS ACTUELLEMENT DISPONIBLES POUR MODELISER CES DIFFERENTS PHENOMENES. DEUX CAS ONT ETE CONSIDERES : I) LORSQUE L'ECHELLE DE TEMPS CARACTERISTIQUE DU MELANGE TURBULENT EST GRANDE DEVANT L'ECHELLE DE TEMPS CARACTERISTIQUE DU PROCESSUS CHIMIQUE, NOUS AVONS RETENU, POUR MODELISER LA COMBUSTION, UN MODELE DE FLAMMELETTES. DEUX CAS ONT ETE ENVISAGES : UN MODELE DE FLAMMELETTES CLASSIQUE DIRECTEMENT ISSU DES MODELES MIS AU POINT POUR LES ECOULEMENTS SUBSONIQUES (PETERS (1984, 1986) ET KUZNETSOV ET SABEL'NIKOV (1990) ET UN MODELE DE FLAMMELETTES COMPRESSIBLE PRENANT EN COMPTE LA CONVERSION ENERGIE CINETIQUE-ENERGIE THERMIQUE. II) LORSQUE L'ECHELLE DE TEMPS CARACTERISTIQUE DU MELANGE TURBULENT EST FAIBLE (OU COMPARABLE) DEVANT L'ECHELLE DE TEMPS CARACTERISTIQUE DU PROCESSUS CHIMIQUE, DEUX MODELES ONT ETE TESTES AFIN DE PRENDRE EN COMPTE LA LONGUEUR DE LA ZONE D'INDUCTION : LE MODELE PROPOSE PAR MASTORAKOS ET AL. (1997) ET LE PEUL PROPOSE PAR BORGHI ET POURBAIX (1983). DEUX TYPES DE DEPENDANCES FONCTIONNELLES ONT ETE CONSIDERES POUR LA PDF DE LA FRACTION DE MELANGE : UNE DETERMINATION CLASSIQUE DU TYPE FONCTION BETA ET UNE DETERMINATION, MOINS CLASSIQUE, PROPOSEE PAR KUZNTESOV ET SABEL'NIKOV (1990) ET DESTINEE A PRENDRE EN COMPTE LE ROLE DE L'INTERMITTENCE SUR LES TRANSPORTS TURBULENTS. DES CONCLUSIONS SONT DEVELOPPEES SUR LES CONDITIONS D'APPLICATION DES DIFFERENTS MODELES ET SUR LEURS CAPACITES A PREDIRE LE DEVELOPPEMENT DE LA COMBUSTION DANS LES CONFIGURATIONS ETUDIEES.
Author: Stéphane Melen
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Languages : fr
Pages : 164
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APRES AVOIR PRESENTE LE PROBLEME PHYSIQUE, LA PREMIERE PARTIE DECRIT LES EQUATIONS ET LES MODELES UTILISES POUR SIMULER UN ECOULEMENT REACTIF, TURBULENT ET SUPERSONIQUE. LA DESCRIPTION DE LA TURBULENCE FAIT APPEL A UN MODELE K- INCLUANT LES EFFETS DE COMPRESSIBILITE ET LES EFFETS DUS AU DEGAGEMENT DE LA CHALEUR. LA MODELISATION DES EFFETS DE CHIMIE NON-INFINIMENT RAPIDE DANS UN ECOULEMENT TURBULENT EST ASSUREE PAR UNE APPROCHE FONCTION DENSITE DE PROBABILITE. LE MODELE PEUL-DIFFUSION A ETE RETENU ET INTRODUIT DANS LE CODE DE CALCUL. CE MODELE FOURNIT UNE FORME PRESUMEE DE LA PDF DES VARIABLES THERMOCHIMIQUES. DANS LA DEUXIEME PARTIE DE CE TRAVAIL SONT PRESENTEES LES METHODES NUMERIQUES UTILISEES POUR LA PARTIE NAVIER-STOKES ET POUR LE MODELE PEUL. POUR RESOUDRE LA PARTIE EULERIENNE, UN SCHEMA EXPLICITE/IMPLICITE INCONDITIONNELLEMENT STABLE TVD A ETE CHOISI. DANS LA DERNIERE PARTIE, DEUX SIMULATIONS DE FLAMME JET D'HYDROGENE DANS L'AIR SONT COMPAREES AVEC DES RESULTATS EXPERIMENTAUX
Author: LUIS FERNANDO.. FIGUEIRA DA SILVA
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Languages : fr
Pages : 168
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NOUS RAPPORTONS DANS CE MEMOIRE LES RESULTATS D'UNE ETUDE NUMERIQUE FONDAMENTALE DE L'ALLUMAGE ET DU DEVELOPPEMENT DE LA COMBUSTION DANS UNE COUCHE LIMITE SUPERSONIQUE. ON CONSIDERE POUR CE FAIRE L'ECOULEMENT D'UN MELANGE D'HYDROGENE ET D'AIR SUR UNE PLAQUE PLANE, DANS LES CONDITIONS DE TEMPERATURE ET DE PRESSION OU L'ECOULEMENT A L'EXTERIEUR DE LA COUCHE LIMITE EST CHIMIQUEMENT FIGE. LES CONDITIONS POUR LESQUELLES L'INFLAMMATION DU MELANGE PEUT ETRE EFFECTIVEMENT OBTENUE SONT RECHERCHEES DE MANIERE SYSTEMATIQUE, EN FONCTION DES CARACTERISTIQUES DE L'ECOULEMENT EXTERNE (NOMBRE DE MACH, TEMPERATURE, RICHESSE) ET DES CONDITIONS AUX LIMITES A LA PAROI. ON MET AINSI EN EVIDENCE LES CONDITIONS POUR LESQUELLES CET ALLUMAGE EST ENTIEREMENT CONTROLE PAR L'ECHAUFFEMENT DU AUX EFFETS DE DISSIPATION VISQUEUSE. LA STRUCTURE PRISE PAR LA COUCHE LIMITE REACTIVE EST ETUDIEE EN DETAIL. TROIS REGIONS SONT MISES EN EVIDENCE ET LES MECANISMES CONTROLANT CHACUNE D'ELLES SONT IDENTIFIES. CETTE ETUDE NUMERIQUE EST EFFECTUEE SUR LA BASE DES HYPOTHESES CLASSIQUES DE LA COUCHE LIMITE STATIONNAIRE BIDIMENSIONNELLE SANS VARIATION DE PRESSION MAIS INCLUANT UN SCHEMA CINETIQUE DETAILLE POUR LA COMBUSTION H#2-AIR. LA METHODE DE CALCUL QUE NOUS AVONS MISE AU POINT PERMET DE TRAITER AUSSI DEUX SITUATIONS OU LES REACTIFS NE SONT PAS INITIALEMENT MELANGES: LA COUCHE DE MELANGE BIDIMENSIONNELLE ET LES JETS BIDIMENSIONNELS. DES STRUCTURES DE BASE POUR L'ALLUMAGE ET LE DEVELOPPEMENT DE LA COMBUSTION DANS CES DEUX GEOMETRIES SONT PRESENTEES. POUR TERMINER, NOUS PRESENTONS UNE METHODE DE CALCUL DES EQUATIONS DE BILAN COMPLETES BIDIMENSIONNELLES INSTATIONNAIRES, DESTINEE A L'ETUDE DES CONFIGURATIONS POUR LESQUELLES LE CHAMP DE PRESSION N'EST PLUS UNIFORME ET INCLUANT EN PARTICULIER L'INTERACTION ENTRE DES ONDES DE CHOC ET DES CONFIGURATIONS PRESENTEES PRECEDEMMENT. QUELQUES RESULTATS ILLUSTRATIFS SONT PRESENTES
Author: Patrick Vuillermoz
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Languages : fr
Pages : 296
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Cette étude a porté sur le double aspect de la simulation numérique de la turbulence et celui de la modélisation des couches de mélange supersonique réactive ou inerte. Une première partie de ce travail a concerné la description théorique de la turbulence compressible tant du point de vue hydrodynamique que diffusif ou réactif. Elle fait l'objet d'une revue des principaux résultats expérimentaux ou numériques concernant le mélange supersonique. Ensuite, nous avons abordé quelques questions afférentes à la simulation numérique du mélange turbulent dans les écoulements a grandes vitesses. Des simulations bidimensionnelles et tridimensionnelles nous ont permis d'étudier en détail le processus de mélange moléculaire; on a pu retrouver certains phénomènes observes expérimentalement: régimes de mélange, structures en couches minces, effet du nombre de Mach convectif. En vue de prolonger ce travail de simulation vers les écoulements réactifs, nous nous sommes au préalable intéresse au problème théorique des flammes de diffusion monodimensionnelles. Ce volet de l'étude nous a permis d'examiner la structure élémentaire d'une flamme de diffusion laminaire avec ou sans étirement. On a ensuite étudié le problème de la simulation numérique de la flamme supersonique turbulente. Ceci a permis de tester les résultats de modèles cinétiques réduits par rapport à un modèle cinétique complet (Effet du nombre de Damkohler). Le problème pratique de l'intensification de la combustion à également été aborde. Ce point a fait l'objet de simulations sur calculateur massivement parallèle. Nous avons finalement tente d'utiliser ces résultats de simulations de couches de mélange pour tester des modèles physiques de turbulence
Author: Dmitry Davidenko
Publisher: Omniscriptum
ISBN: 9786131518638
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Languages : fr
Pages : 324
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Cette th se porte sur l'am lioration et le d veloppement de mod les pour la simulation num rique de la combustion supersonique. Le 1-er chapitre d crit l'outil de simulation. Le 2-e chapitre pr sente les am liorations apport es au mod le de turbulence k-epsilon, notamment l'implantation des corrections de Pope et de Sarkar et la validation du mod le pour des coulements compressibles. Une limitation stabilisatrice a t propos e pour la correction de Pope. Le 3-e chapitre est consacr aux mod les cin tiques chimiques. Une nouvelle m thode de r duction automatique de m canismes cin tiques chimiques a t labor e puis appliqu e au d veloppement de mod les chimiques r duits pour les m langes r actifs CH4-H2-air et H2- air vici . Une nouvelle corr lation empirique pour le d lai d'autoinflammation du m lange CH4-H2-air a t propos e. Le 4-e chapitre pr sente la m thodologie et les r sultats d'une tude num rique sur la combustion supersonique. Cette tude concerne la validation des mod les num riques, le choix des conditions aux limites, l'adaptation du maillage et la comparaison des configurations bi- et tridimensionnelle.
Author: Dmitry Davidenko
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Languages : fr
Pages : 301
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Cette thèse, composée de quatre chapitres, porte sur l'amélioration et le développement de modèles pour la simulation numérique de la combustion supersonique. Le 1er chapitre décrit les bases théoriques d'un code de calcul destiné à la simulation des écoulements compressibles réactifs turbulents. Le 2e chapitre présente les améliorations apportées au modèle de turbulence k-e, notamment l'implantation des corrections de Pope et Sarkar et la validation du modèle pour les écoulements compressibles tels que la couche de mélange plane et le jet rond. Une limitation stabilisatrice a été proposée pour la correction de Pope assurant une prédiction précise de l'épanouissement du jet rond. Un post-traitement de données d'une simulation directe d'une couche de mélange turbulente bi-espèces non isotherme a permis d'étudier le rapport des nombres de Prandtl et de Schmidt turbulents. Le 3e chapitre est consacré à des modèles cinétiques chimiques. Un outil de réduction automatique de mécanismes cinétiques chimiques a été créé puis appliqué au développement de modèles chimiques réduits pour les mélanges réactifs CH4-H2-air et H2-air vicié. Une nouvelle corrélation empirique pour le délai d'autoinflammation du mélange CH4-H2-air a été proposée. Les mécanismes réduits ont été validés dans des conditions homogènes et dans un milieu diffusif. Le 4e chapitre présente la méthodologie et les résultats d'une étude numérique sur une chambre de combustion supersonique. L'aspect méthodologique de cette étude concerne : la validation des modèles numériques, le choix des conditions aux limites, l'adaptation du maillage et la comparaison des configurations bi- et tridimensionnelles. Cette étude a révélé un bon accord entre les résultats expérimentaux et numériques.
Author: Yves d' Angelo (chercheur en énergétique).)
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Languages : fr
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Author: Stéphane Vincent (Ingénieur projet).)
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Languages : fr
Pages : 185
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CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE PAR SIMULATION NUMERIQUE DE L'INTERACTION QUI EXISTE ENTRE LES PHENOMENES TURBULENTS ET LES PHENOMENES CHIMIQUES AYANT LIEU EN COMBUSTION ET EN PARTICULIER DURANT LES PREMIERS INSTANTS DE CELLE-CI. LE CAS GENERAL EST CELUI DES GAZ PARFAITEMENT PREMELANGES. CETTE ETUDE SE FAIT PAR UNE APPROCHE BASEE SUR LES FONCTIONS DE DENSITE DE PROBABILITE (PDF) COUPLEE A DES CINETIQUES CHIMIQUES COMPLEXES. CETTE ETUDE A ETE EFFECTUEE DANS DEUX SITUATIONS DISTINCTES. DANS UN PREMIER TEMPS L'ETUDE EST EFFECTUEE LORSQUE LA COMBUSTION A LIEU PAR AUTO-INFLAMMATION DANS MELANGE D'HYDROGENE ET D'AIR A PERMIS LA MISE EN EVIDENCE, AVEC UNE METHODE RELATIVEMENT SIMPLE A METTRE EN UVRE, DES RELATIONS FORTES ENTRE LES DIFFERENTES ESPECES CHIMIQUES EN COURS DE COMBUSTION. ENSUITE CETTE ETUDE A ETE EFFECTUEE DANS LE CAS DE L'ALLUMAGE PAR ETINCELLE DE MELANGES HYDROGENE-AIR ET HEPTANE-AIR EN UTILISANT UN MODELE D'ALLUMAGE OU L'ETINCELLE EST REPRESENTEE PAR UN DEPOT D'ENERGIE DE DUREE FINIE ET DANS UN VOLUME FINI. LE COUPLAGE DE CE MODELE D'ALLUMAGE AVEC UNE CINETIQUE CHIMIQUE DETAILLEE A PERMIS LA PREDICTION DE LIMITE D'INFLAMMATION. LE MEMOIRE PRESENTE D'ABORD DES RAPPELS DE LA THEORIE DE LA COMBUSTION TURBULENTE, DIFFERENTS TYPES DE MODELISATION ET, EN PARTICULIER, L'APPROCHE DE LA PDF. PUIS UNE REVUE CRITIQUE DE MODELES D'ALLUMAGE PAR ETINCELLE EST EFFECTUEE ET LE MODELE UTILISE EST PRESENTE. UNE DESCRIPTION DES METHODES DE REDUCTIONS DES SCHEMAS NUMERIQUES EST PROPOSEE AINSI QUE LE CHOIX DES CINETIQUES CHIMIQUES UTILISEES. UNE ETUDE DE L'AUTO-ALLUMAGE TURBULENT DE MELANGE D'HYDROGENE-AIR EST ALORS EFFECTUEE ET DANS LA DERNIERE PARTIE L'ETUDE DE L'ALLUMAGE TURBULENT PAR ETINCELLE EST EFFECTUE.
Author: Marc Bellenoue
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Languages : fr
Pages : 126
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LE STATOREACTEUR A COMBUSTION EN FLUX SUPERSONIQUE EST L'UN DES PROPULSEUR AEROBIE ENVISAGES POUR LES VEHICULES HYPERSONIQUES (M > 5). LORS DE LA TRANSITION DU REGIME D'ECOULEMENT SUBSONIQUE AU REGIME SUPERSONIQUE DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION, LES CONDITIONS A L'ENTREE DE CELLE-CI N'AUTORISENT PAS L'INFLAMMATION SPONTANEE DU CARBURANT (HYDROGENE). LE BUT DES TRAVAUX PRESENTES DANS CE MEMOIRE EST, D'UNE PART, LA MISE AU POINT D'UN PROCEDE D'INITIATION DE LA COMBUSTION LORS DE CETTE TRANSITION, D'AUTRE PART, L'ETUDE DU DEVELOPPEMENT DE LA COMBUSTION D'UN PREMELANGE D'HYDROGENE ET D'AIR. UNE SOUFFLERIE SUPERSONIQUE A HAUTE TEMPERATURE GENERATRICE A ETE REALISEE A CETTE FIN. UN MODELE NUMERIQUE MONODIMENSIONNEL A ETE ELABORE AFIN DE DEDUIRE, DES REPARTITIONS DE PRESSIONS PARIETALES, LE RENDEMENT DE COMBUSTION. L'INSTALLATION D'UNE PLAQUE CATALYTIQUE DE PLATINE PUR EN PAROI A PERMIS D'ETUDIER L'INITIATION ET LE DEVELOPPEMENT DE LA COMBUSTION POUR DES RICHESSES DE 0,13 A 0,21. UN TEL CATALYSEUR A ETE CHOISI AFIN DE PALLIER AU PHENOMENE DE FRITTAGE QUI SE PRODUIT A HAUTE TEMPERATURE. L'ETUDE DE DEUX LONGUEURS DE PLAQUES CATALYTIQUES A MONTRE LE ROLE ESSENTIEL DE CE PARAMETRE SUR LE PROCESSUS D'ALLUMAGE. EN OUTRE, L'IMPORTANCE DES PERTES DE CHALEURS AUX PAROIS A EGALEMENT ETE MISE EN EVIDENCE. CE TRAVAIL A ETE COMPLETE PAR LA DEFINITION D'UN DISPOSITIF PASSIF AERODYNAMIQUE D'AMELIORATION DES TAUX DE MELANGE DES COUCHES CISAILLEES SUPERSONIQUES ; SON PRINCIPE CONSISTE A GENERER DES TOURBILLONS DONT L'AXE EST PARALLELE A LA DIRECTION PRINCIPALE DES ECOULEMENTS. L'INFLUENCE DE L'INCIDENCE DES GENERATEURS DE TOURBILLONS A ETE EXAMINEE. LE DISPOSITIF A ENSUITE ETE ADAPTE AU CAS REACTIF AFIN D'ACCROITRE LE RENDEMENT DE LA COMBUSTION. IL S'EST AVERE TRES EFFICACE PUISQUE, POUR DES RICHESSES SUPERIEURES A 0,19, L'EMBALLEMENT DE LA COMBUSTION A ETE OBSERVE
Author: Gilles Harran
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Languages : fr
Pages : 27
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LE BUT DE CETTE THESE EST L'ANALYSE PHYSIQUE, LA MODELISATION ET LA SIMULATION NUMERIQUE DES MECANISMES DE MELANGE DANS LES JETS A MASSE VOLUMIQUE VARIABLE SOUS L'EFFET DE FORTES INCIDENCES DE DENSITE. DANS UN PREMIER TEMPS, L'OUTIL DE CALCUL PAR RESOLUTION DES EQUATIONS PARABOLIQUES DE PRANDTL AVEC MODELISATION AU SECOND ORDRE EST VALIDE PAR UNE DOUBLE COMPARAISON AVEC L'EXPERIENCE EN SITUATION ISOVOLUME ET A DENSITE VARIABLE. PUIS, UNE REFLEXION EST MENEE SUR L'INFLUENCE DU CHOIX DE REGROUPEMENT STATISTIQUE SUR LA PREDETERMINATION DES PROPRIETES DE MELANGE DES JETS HETEROGENES. L'ANALYSE S'APPUIE SUR LA COMPARAISON DE MODELES ANALOGUES EN MOYENNE PONDEREE PAR LA MASSE VOLUMIQUE OU NON PONDEREE PAR LA MASSE VOLUMIQUE. UNE ETUDE PARAMETRIQUE PERMET DE DETERMINER DES EFFETS DE DENSITE SUR LE DEVELOPPEMENT D'UN JET TURBULENT DE FACON COGNITIVE MAIS AUSSI ANALYTIQUE. L'INFLUENCE DE PARAMETRES, TELS QUE LA GRAVITE ET LES CONDITIONS D'EMISSION EST EGALEMENT DISCUTEE. ENFIN, SONT ABORDES LES ASPECTS SPECIFIQUES DE LA CONFIGURATION GEOMETRIQUE DE JETS COAXIAUX QUI PRESENTE UN INTERET APPLICATIF A L'INJECTION DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION DES MOTEURS FUSEES
