Author: Nicolas Lamarque
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Languages : fr
Pages : 346
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Book Description
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: Matthieu Boileau
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Languages : fr
Pages : 348
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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: Denis Thibaut
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Languages : fr
Pages : 266
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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: Fabrice Charlette
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Languages : fr
Pages : 207
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La simulation numérique de la combustion, qui constitue un outil puissant pour le développement de nombreuses applications industrielles, est rendue difficile par la grande diversité des échelles caractéristiques de la turbulence et par la finesse des zones de réaction. Les méthodes aux grandes échelles ou LES, qui sont étudiées dans ce travail, permettent de s’affranchir des limitations des simulations directes, tout en permettant, notamment au niveau des phénomènes instationnaires, une meilleure description de l’écoulement que la résolution des équations moyennées. Le principal problème de l’application des méthodes aux grandes échelles pour la simulation de la combustion turbulente prémélangée réside dans le fait que l’épaisseur de flamme est généralement très inférieure au pas du maillage du calcul. Afin de se défaire de ce problème de résolution numérique, deux méthodes ont été ici étudiées : l’épaississement artificiel du front de flamme (TP-LES), et l’approche filtrée, pour laquelle une taille de filtre supérieure au pas du maillage a été utilisée. Des expressions analytiques ou basés sur une bibliothèque de flammelettes permettent la fermeture de la partie laminaire de l’approche filtrée. Des tests simples de propagation de flamme attestent du bon contrôle de l’épaisseur de la flamme par l’approche TF-LES et par l’approche filtrée. Pour la propagation turbulente, trois modèles ont été étudiés au cours de ce travail : un modèle algébrique de type Bray-Moss-Libby, un modèle à une équation proposé pour le plissement, et un modèle à fonction d’efficacité avec une loi en puissance. Des résultats de simulations tridimensionnelles d’interaction entre une flamme prémélangée et une turbulence homogène isotrope temporellement décroissante montrent que les trois modèles sont relativement peu dépendants des paramètres numériques des calculs (résolution, facteur d’épaississement, taille du filtre). Par comparaison avec des données expérimentales et de simulation directe, le modèle de plissement de flamme qui suit une loi en puissance à la meilleure estimation de la vitesse de flamme turbulente globale. Pour ce modèle une procédure de détermination dynamique de l’exposant est également proposée et testée avec succès dans la même configuration d’interaction flamme/turbulence.
Author: Stéphane Pascaud
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Languages : fr
Pages : 178
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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: Collectif
Publisher: Omn.Univ.Europ.
ISBN: 9786131584923
Category : Literary Criticism
Languages : fr
Pages : 132
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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: Maxime Vicentini
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Languages : fr
Pages : 0
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De nos jours, la combustion d'hydrocarbures est largement répandue dans de nombreuses applications, notamment la propulsion aéronautique. Toutefois, les turbomachines produisent des niveaux d'émissions d'espèces polluantes qui ne sont plus acceptés. C'est pourquoi, la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu dans les chambres de combustion est essentielle pour aider au développement de moteurs plus propres. Dans de tels foyers, le carburant est injecté sous la forme d'un brouillard de gouttes, ce qui génère de fortes interactions avec l'écoulement d'air turbulent et la flamme. L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement de modèles en combustion diphasique en vue d'améliorer la capacité prédictive des outils de simulation numérique. Pour cela, un nouveau moyen d'essais dédié à l'étude des flammes diphasiques turbulentes a été conçu et une base de données expérimentales a été constituée (conditions inertes et réactives). Des visualisations simultanées de la diffusion de Mie des gouttes et du taux de dégagement de chaleur ont permis de mettre en évidence une structure de flamme complexe ainsi que l'existence de différents régimes de combustion. Un autre point important de ce travail a été d'analyser statistiquement la distribution spatiale de gouttes en conditions réactives à l'aide d'une méthode de mesure originale. Cette analyse a permis de quantifier les distances inter-gouttes (plus proches voisines) en différents points de l'écoulement et d'estimer les erreurs liées au traitement des données via une approche numérique. En outre, il apparaît que la distribution spatiale des gouttes s'apparente à une loi aléatoire uniforme alors que les modèles de combustion de gouttes s'appuient souvent sur une loi régulière.
Author: JULIEN.. PIANA
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Languages : fr
Pages : 187
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Ce travail se place dans le cadre de la simulation aux grandes échelles (les) de la combustion turbulente. Le but des simulations les est de résoudre les structures de grande taille et de modéliser les effets des petites structures par des modèles de sous-maille. L'intérêt de ces méthodes est de décrire les phénomènes instationnaires, fortement turbulents, notamment dans des configurations géométriques complexes. Elles constituent à cet égard un outil attractif pour la simulation de la combustion turbulente dans des configurations industrielles. Cependant représenter la combustion dans ce contexte pose des problèmes particuliers devant être résolus par des méthodes spécifiques. Dans ce mémoire, nous étudions notamment une description cinématique de la combustion pour laquelle il convient d'estimer les effets de la turbulence sur la vitesse de flamme. L'analyse de la géométrie de la flamme peut nous apporter à cet effet des informations utiles. Nous avons donc mené une étude expérimentale sur une flamme turbulente prémelangée afin de caractériser, par visualisation tomographique, la géométrie du front de flamme. Les mesures du plissement de la flamme nous ont permis de proposer un modèle de sous-maille pour la vitesse de flamme. Des mesures de vélocimétrie laser ont par ailleurs apporté des informations complémentaires sur la dynamique de la flamme. La méthode basée sur la représentation cinématique du front de flamme a été ensuite développée de façon détaillée. Le front de flamme y est défini à partir d'une variable de progrès appelée G et son évolution est exprimée par une équation pour G. Le couplage entre la combustion et l'écoulement est assure par un modèle spécifique pour le dégagement de chaleur que nous avons proposé et étudié. Dans une première étape de validation nous avons comparé cette méthode avec la simulation directe dans des configurations bidimensionnelles spatialement résolues. Ensuite, le modèle est utilisé dans une simulation les reactive 3d dans le cas d'un écoulement fortement turbulente (RE = 50.000). Finalement, une alternative aux calculs les traditionnels est présentée. Elle s'appuie sur les algorithmes FCT (flux corrected transport) dont les propriétés numériques dissipatives ont des effets comparables à la dissipation de sous-maille introduite dans les simulations aux grandes échelles. Nous avons étudié leur sensibilité à la résolution numérique dans un calcul de couche de mélange réactivé. Lorsque la résolution diminue, le mélange est toujours correctement représente mais cette méthode ne permet pas une bonne description de l'allumage de la couche de mélange ; ceci montre également la nécessité de représenter la combustion non-prémelangée par des modèles spécifiques aux méthodes LES.
Author: Christophe Nottin
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Languages : fr
Pages : 296
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Le but de la thèse est de développer des méthodes de prévision des instabilités de combustion dans les foyers prémélangés. Une première méthode permet l'étude de la stabilité linéaire d'un foyer dans le domaine fréquentiel. Un code par éléments finis 3D est développé pour résoudre les modes acoustiques et le taux d'amplification linéaire du foyer. La seconde approche s'appuie sur la simulation numérique instationnaire. Une condition aux limites représentant des impédances acoustiques dans le domaine temporel est développée. L'étude de la réponse d'une flamme turbulente prémélangée à des excitations acoustiques est traitée par simulation aux grandes échelles avec un modèle de flamme épaissie. Une comparaison originale calculs/expériences est mise en oeuvre pour valider les modèles de sous-maille utilisés. L'application de ces techniques au cas d'un foyer prémélangé à élargissement brusque permet de retrouver les modes d'instabilité observés expérimentalement en fonction de la richesse.
Author: Ghislain Lartigue
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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.
