Développement d'une boucle expérimentale de contrôle actif sur un écoulement de type marche descendante en vue de piloter les couplages aéroaccoustiques et modifier le mélange diphasique Marrot, Franck 2000-12-05 Ecole Nationale Supérieure de l'Aéronautique et de l'Espace

Directeur(s) de thèse:  Gajan, Pierre Laboratoire :  Département Modèles pour l’Aérodynamique et l’Energétique -DMAE (depuis 1997) Ecole doctorale :  Ecole doctorale indéterminée Classification : Physique

Accès :  Texte intégral Mots-clés : Ecoulement recirculé, Marche descendante, Contrôle actif, Tourbillon, Instabilités de combustion, Actionneur, Algorithme, RLMS, Mélange diphasique, Injection, Gouttes monodisperses, Train de gouttes, Interaction gouttes tourbillons, Moyenne de phase, Phase dispersée, Temps de séjour Résumé : Cette étude s'inscrit dans le cadre des recherches menées sur le contrôle actif des écoulements. Elle concerne l'application de ces méthodes aux chambres de combustion afin d'optimiser leur performances et contrôler l'apparition des instabilités de combustion. Les phénomènes sont complexes et de nombreux paramètres conditionnent le fonctionnement. Un des paramètres essentiel est l'organisation de l'écoulement porteur, de type recirculé, dont l'organisation est influencée par des couplages entre l'acoustique de la chambre et l'aérodynamique instationnaire. L'étude expérimentale entreprise porte sur le contrôle d'un écoulement recirculé de marche descendante, écoulement représentatif de ceux apparaissant en chambres de combustion. Nous cherchons à piloter les couplages aéroacoustiques impliqués dans l'apparition des instabilités de combustion, et à modifier le mélange diphasique. Par soucis de simplification, l'étude est menée en écoulement non réactif. L'augmentation de pression due à la combustion, qui constitue la source d'excitation en écoulement réactif, est simulée par une excitation acoustique provenant de deux haut-parleurs. La boucle de contrôle est basée sur l'utilisation de capteur microphonique ou fil-chaud, d'un actionneur acoustique, et repose sur un algorithme R-LMS. Les résultats de contrôle de l'écoulement excité sont concluants. Les couplages aéroacoustiques sont fortement atténués et les phénomènes représentatifs des instabilités de combustion sont contrôlés. L'approche théorique globale menée permet de proposer une loi de décomposition d'un des paramètres représentatifs de l'écoulement. Enfin, une étude est entreprise sur l'interaction gouttes/tourbillon lors de l'injection du carburant sous forme liquide, afin de dégager les paramètres d'injection influençant la répartition spatiale des gouttes. Les résultats obtenus permettent d'identifier le déphasage entre l'injection des gouttes et le détachement tourbillonnaire comme un paramètre déterminant. Résumé (anglais) : This work is included in researches on active control of flow. It concems the application of active control methods on combustion chambers in order to optimise their performances and control the combustion instabilities. Phenomena are complex and many parameters detennine the working of these chambers. One of them concerns the flow organisation (recirculating flow) which is influenced by couplings between the acoustic of the chamber and the flow unsteadiness. This experimental study deals with the active control of a backward-facing step flow, which is representative of flows in combustion chamber. The purpose is pilot the aeroacoustic couplings include in the combustion instabilities mechanism, and modify the mixing of the two phases. This study is carried out in non-reactive flow. Pressure fluctuations due to the unsteady heat release are simulated by an acoustic excitation due to two loudspeakers. The control loop is based on a microphone or hot-wire sensor, an acoustic actuator, and a RLMS algorithm. Results on the control of the exited flow are conclusive. The aeroacoustic couplings are strongly reduced and the phenomena, which represent the combustion instabilities, are controlled. A simplified theoretical law is proposed which permits to describe the main phenomena observed. At last, this work deals with the liquid fuel injection. In particular, we examine the droplets/vortex interaction in order to identify the parameters that modify the spatial distribution of the droplets. These results allow us to identify the phase between the injection and the vortex shedding like a determinant parameter. Langue : Français

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