Modélisation lagrangienne de la dispersion et de l'évaporation de gouttes dans un écoulement turbulent instationnaire Béard, Philippe 1994-12-20 Ecole Nationale Supérieure de l'Aéronautique et de l'Espace

Directeur(s) de thèse:  Lavergne, Gérard Laboratoire :  Département d’Etudes et de Recherches en Aérothermodynamique -DERAT Ecole doctorale :  Ecole doctorale indéterminée Classification : Physique

Accès :  Texte intégral Mots-clés : Chambre de combustion, écoulement diphasique, dispersion turbulente, évaporation, auto-inflammation, interactions goutte-paroi, interactions entre gouttes, interactions entre phases. Résumé : L' objectif de cette thèse est la modélisation des écoulements turbulents diphasiques rencontrés dans les chambres de combustion. Six méthodes de modélisation lagrangienne de la dispersion de particules sont étudiées (approche déterministe instationnaire et cinq modèles stochastiques). Les résultats des simulations ont été comparés entre eux et à des résultats expérimentaux dans trois configurations de base (turbulence de grille, zone de mélange, marche descendante). Les comparaisons montrent l'importance des structures instationnaires, elles conduisent à la sélection d’un modèle stochastique "à une particule" basé sur un critère temporel et sur un critère spatial. Quatre modèles d’évaporation d’une goutte isolée sont décrits ("Frossling", conduction infinie, conduction limitée, conduction effective), puis comparés dans des conditions représentatives des applications de combustion. L'auto-inflammation d’une goutte de carburant est traitée à l’aide de critères basés sur les caractéristiques locales de l'écoulement. Les interactions goutte-paroi et entre gouttes sont étudiées à partir de la bibliographie. Leur importance est mise en évidence dans trois configurations (zone de mélange, marche descendante, jet monodisperse). Les interactions entre la phase dispersée et l'écoulement porteur sont calculées à l’aide de termes sources introduits dans les équations décrivant la phase continue. L’association de tous les modèles considérés conduit à la mise au point d’un programme modulaire de simulation des principaux phénomènes physiques liés à la combustion d’un carburant liquide. Les résultats obtenus grâce à ce logiciel sont présentés pour deux points de fonctionnement d’un module de pré-mélange pauvre (cas test, conditions réelles). Les comparaisons avec les résultats expérimentaux du cas test montrent le bon fonctionnement du programme. Résumé (anglais) : The purpose of this Ph. D. is the modelling of the turbulent two-phase flows occuring in combustion chambers. Six methods of Lagrangian modelling of particle dispersion are studied (unsteady deterministic approach and five stochastic models). Numerical results are compared with each others and with experimental results in three basic configurations of turbulent flows (grid turbulence, mixing layer, backward facing step). The comparisons point out the importance of unsteady structures, they lead to the choice of a "one-particle" stochastic model based on a temporal criterion and on a spatial criterion. Four evaporation models of an isolated drop are described (“Frossling", infinite conductivity, conduction limit, effective conductivity). Then they are compared in conditions representative of combustion applications. The auto-ignition of a fuel droplet is discussed according to criteria based on the local features of the flow. Droplet-wall interactions and the interaction between drops are studied from the literature. Their importance is pointed out for three configurations (mixing layer, backward facing step, monosized droplet stream). The interactions between the dispersed phase and the carrier flow are taken into account with the introduction of particle source terms in the equations describing the continuous phase. The association of all the considered models leads to the development of a modular code simulating the main physical phenomena linked to the combustion of a liquid fuel. The results obtained with this software are presented for two operating conditions of a Lean Premixed Prevaporized (test case, real conditions). The comparisons with the experimental results of the test case point out the capability of the code. Langue : Français

Exporter au format XML