Modélisation de l’évaporation de gouttes multi-composants Doué, Nicolas 2005-11-10 Ecole Nationale Supérieure de l'Aéronautique et de l'Espace

Directeur(s) de thèse:  Lavergne, Gérard Laboratoire :  Département Modèles pour l’Aérodynamique et l’Energétique -DMAE (depuis 1997) Ecole doctorale :  Energétique et dynamique des fluides Classification : Sciences de l'ingénieur

Accès :  Texte intégral Mots-clés : Evaporation, Gouttes, Multicomposants, Carburant, Allumage, Techniques optiques Résumé : Cette thèse, financée par la DGA, a pour objectif le développement de modèles d'évaporation de gouttes multicomposants afin de bien prévoir la vaporisation des carburants. Une approche expérimentale réalisée en parallèle sur l'évaporation de gouttes bicomposants a fourni des résultats pour une validation partielle de ces modèles. Deux modèles de description des phases liquide et vapeur sont proposés. Le premier, souvent appliqué dans les travaux existants dans la littérature, est une modélisation discrète de la composition et devient extrêmement exigeant en temps de calcul lorsque le nombre de composants dans la goutte augmente. Le second modèle décrit la composition des carburants grâce à des fonctions de distribution et a fait l'objet d'améliorations durant ces travaux. Grâce à une recherche approfondie de propriétés physiques pour de nombreux hydrocarbures, l'évaporation du kérosène, de l'essence, du gasoil ou des futurs carburants alternatifs, peut alors être simulée avec une composition liquide très détaillée. Des techniques de mesure non intrusives sont mises en oeuvre afin de déterminer l'évolution de la taille et de la température de gouttes bicomposants en évaporation dans une ambiance à faible ou haute température. Une étude spécifique sur l'allumage d'un noyau de gouttes multicomposants dans des conditions critiques (haute altitude) montre l'intérêt de considérer l'aspect multicomposants du kérosène. Résumé (anglais) : The purpose of this study, supported by DGA, is to develop models for the evaporation of multicomponent droplets to predict correctly the fuel vaporization. Measurements obtained in parallel for vaporizing binary droplets allowed validating partially these models. Two models are proposed to describe the liquid and vapor phases. The first one, often applied by authors in existing studies, is a discrete modeling of the composition and the computation time becomes considerable when the number of components increases. The second model describes the fuel composition with probability distribution functions and was improved for this study. The physical properties were found or determined for many hydrocarbons, and the vaporization of kerosene, gasoline, Diesel and eventually future alternative fuels can be simulated with the whole liquid composition. Non-intrusive measuring techniques were carried out to determine the evolution of size and temperature for binary droplets vaporizing in ambient or high temperature conditions. A specific study on the ignition of a cluster of multicomponent droplets in high altitude conditions demonstrates the interest of considering the different components in kerosene. Langue : Français

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