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Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace
/ 28-11-2014
Blanchard Ghislain
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émissions polluantes, les motoristes souhaitent contrôler au mieux l’atomisation du carburant, injecté
généralement sous forme de jets ou de nappes liquides. Les essais étant long et coûteux, leur remplacement
par un outil numérique capable de simuler le processus d’atomisation permettrait non seulement
une réduction des coûts importante mais faciliterait également la phase de conception. Toutefois, en
raison du caractère multi-échelle du phénomène, il est difficile de le décrire dans son ensemble avec les
approches habituellement utilisées en mécanique des fluides numérique.
L’objectif de cette thèse est de concevoir une nouvelle approche qui permettra à terme de simuler
l’atomisation pour une configuration industrielle complète. Celle-ci consiste à coupler deux types de
modèles. Le premier, dit modèle bifluide, est un modèle à deux fluides compressibles basé sur les
équations de Navier-Stokes diphasiques. Celui-ci permet de décrire les grandes échelles du phénomène
d’atomisation correspondant à la formation de ligaments et d’amas liquides dans la zone proche de
l’injecteur. Le second, dit modèle de spray, est basé sur une équation cinétique. Dans la zone située
en aval de l’injecteur, ce dernier permet de décrire de manière statistique l’évolution du brouillard de
gouttelettes issues de la fragmentation primaire du jet de carburant. Le point délicat, à la fois sur le
plan de la modélisation et sur celui de l’algorithmique, réside dans le couplage des deux modèles. Celuici
a été réalisé grâce à l’introduction de deux modèles auxiliaires permettant de traiter le transfert de
liquide entre le modèle bifluide et le modèle de spray par atomisation ou ré-impact.
L’approche proposée a été appliquée à la simulation numérique de nappes liquides cisaillées. Les
comparaisons entre les résultats numériques et des résultats expérimentaux montrent que le modèle
bifluide permet de prévoir l’influence de la géométrie et des conditions d’injection sur l’atomisation
primaire de la nappe liquide. Le modèle d’atomisation permet quant à lui, de reproduire le caractère
instationnaire des mécanismes de production de gouttes lors du transfert de la phase liquide depuis
le modèle bifluide vers celui de spray. Des cas de ré-impact valident également la robustesse et la
généralité de la méthodologie de couplage.
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