Développement de moyens de calcul de couches limites turbulentes réactives sur la tuyère d’un avion hypersonique à propulsion aérobie Leclere, Florence 1994-12-12 Ecole Nationale Supérieure de l'Aéronautique et de l'Espace

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

Accès :  Texte intégral Mots-clés : Couches limites, Turbulence, Déséquilibre chimique, Tuyère hypersonique, Superstatoréacteur, Couplage chimie-turbulence, Eddy Break-Up, Fonctions de densité de probabilité Résumé : L’écoulement de couches limites à la sortie de la chambre de combustion d'un avion hypersonique à propulsion aérobie est étudié pour deux cas de vol correspondant a des nombres de Mach de 6 et 12. Le long de la tuyère, l’écoulement est réactif et le mécanisme réactionnel peut comporter plus d‘une centaine de réactions et une quinzaine d‘espèces chimiques. La notion de troisième corps permet de réduire les temps de calcul, sans omettre pour autant aucune réaction chimique. De plus, on a établi des critères permettant de négliger les réactions qui ont peu influence sur les taux de production chimique des différentes espèces. Le couplage entre la chimie et la turbulence est abordé de deux façons différentes qui dépendent de la nature de l’écoulement en sortie du superstatoréacteur. S'il est mal mélangé, la combustion est limitée par le temps de mélange turbulent nécessaire pour mettre en contact les réactifs et on emploie un modèle de type Eddy Break-Up pour exprimer les taux de production chimique. Cette méthode limite fortement la cinétique chimique et l’écoulement est proche de l‘état fige. A l'inverse, si l'écoulement est bien mélangé, il faut tenir compte de fluctuations de température dans le calcul des vitesses des réactions chimiques qui sont des fonctions exponentielles de la température. Cette dépendance est prise en compte soit en faisant un développement de Taylor à l'ordre deux selon le rapport de la variance des fluctuations de température et de la température moyenne, soit en utilisant des fonctions de densité de probabilité présumées de type Gaussienne. Ces deux méthodes totalement distinctes ont cependant des effets similaires. Résumé (anglais) : Boundary layer flows at the combustion chamber exit of an hypersonic air-breathing airplane are studied for two cruise speeds of Mach 6 and 12. Along the nozzle, the flow is reactive and the chemical mechanism can comprise over one hundred reactions and fifteen species. The number of chemical reactions is reduced by considering, as a single reaction, reactions which differ only from their catalyst and whose reaction rates are proportional. Moreover, reactions with very little influence on the production terms are neglected. Chemistry-turbulence coupling is approached with two completely different ways. If the flow at the scramjet exit is unmixed, chemistry is limited by the turbulent mixing time necessary for species to be in contact and an Eddy Break-Up model permits to express the production terms. This approach seems to overlimit chemical kinetic and the flow reaches a frozen state. Conversely, if the flow is well mixed, temperature fluctuations have a strong influence on reaction rates which are exponential functions of temperature. This dependency is taken into account either by using a second order series expansion of the ratio of the variance of temperature fluctuations to the mean temperature or by using assumed Gaussian probability density functions. Both methods are completely different but their actions are identical. Langue : Français

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