Lamiae
Sommaire: Etude de la combustion turbulente via des fonctions de densité de probabilité
Nomenclature
Introduction générale
I. Contexte du thèse et recherche bibliographie
II. Motivation et Objectifs
III. Organisation du mémoire
Première partie : Présentation du modèle dynamique « LES » et du modèle de combustion « PDF »
Chapitre I : Présentation de l’approche « LES » appliquée à la combustion
I .1 Généralité sur l’écoulement turbulent
I. 2 Équations de Navier- Stokes compressibles
I.3 La cascade de Kolmogorov
I.4 Généralité sur le modèle LES
I.5 Mise en équation et filtrage LES pour un écoulement réactif
I.6 Description du flux filtré F
I.6.1 Termes non-visqueux
I.6.2 Termes visqueux et modèles de transport
I.6.3 Termes de sous maille
I.7 Modèles de sous-maille
I.7.1 Le modèle de Smagorinsky
I.7.2 Le modèle WALE
I.8 Modélisation des termes sources
Conclusion
Chapitre II : Présentation du modèle de la combustion PDF
II.1 Les paramètres de contrôle
II.1.1 La Fraction de mélange
II.1.1 La variable d’avancement
II.2 Généralité du modèle PDF
II.3 Types de l’approche PDF
II.3.1 Les modèles à PDF présumée
II.3.2 Les modèles à PDF transportée
II.4 Application de LES
Conclusion
Deuxième partie : Application à la combustion turbulente
Chapitre III : Application à la combustion turbulente pauvre, prémelangée et prévaporisé
III.1 Dispositif expérimental et domaine de calcul
III.1.1 Lignes d’alimentation et les chambres de mélange
III.1.2 Canaux d’établissement des écoulements incidents
III.1.3 Chambre de combustion
III.1.4 Système d’évacuation
III.2 Mise en équations
III.3 Maillage
III.4 Résultats et discutions
III.4.1 Influence de la variation de la richesse du mélange avec un débit massique fixe
III.4.2 Influence d’une variation de débit massique sur la richesse du mélange fixe
Conclusion
Chapitre IV : Application à la combustion non-prémélangée
IV.1 La configuration expérimentale
IV.2 Mise en équations
IV.3 Maillage
IV.4 Résultats et discutions
IV.4.1 Vitesse axiale
IV.4.2 Intensité turbulente de la vitesse axiale
IV.4.3 Température
Conclusion
Conclusion générale
Annexe A : Comparaison des modèles dynamique (LES et k-ε) pour un écoulement inerte est réactif dans la configuration ORACLES
Annexe B : Contrôle de l’écoulement turbulent inerte dans la configuration ORACLES
Références bibliographiques
Extrait du mémoire étude de la combustion turbulente via des fonctions de densité de probabilité
Introduction générale
I. Contexte de la thèse et recherche bibliographie
La majorité des moteurs aérospatiaux tels que les turboréacteurs et les moteurs-fusées fonctionnent grâce au processus de la combustion, qui est aussi à l’origine de la formation d’espèces chimiques polluantes et nocives pour la nature [1,2]. L’augmentation du trafic aérien (environ de 5%), sous contrainte des règlementations environnementales, oblige les constructeurs aéronautiques à concevoir des moteurs plus écologiques. Parmi les nouvelles technologies qui sont déjà en application, citons les chambres de combustion annulaires à deux têtes (Double Annular Combustor DAC) (CFM56-5B pour A320 et CFM56-7B pour B737) proposées depuis 1995 par CFMInternational (CFMI) et qui peuvent conduire à des réductions d’émission de NOx allant jusqu’à 40 % dans certaines configurations [3-7]. L’une des grandes difficultés rencontrées dans le développement de ces systèmes c’est de pouvoir contrôler à tous les régimes de fonctionnement du moteur (au roulage, au décollage ou en croisière), les conditions aérothermochimiques qui prévalent dans la chambre de combustion. Le foyer de combustion est le siège d’un procédé très complexe mettant en jeu simultanément plusieurs phénomènes relevant de la thermodynamique, de la dynamique des fluides, des transferts de chaleur et de masse et de la cinétique chimique. L’optimisation des systèmes de combustion passe par l’étude et l’analyse des interactions des tous ces phénomènes qui sont d’ailleurs fortement couplés [8,9]. Cela se fait par les deux approches, expérimentale et numérique. La dernière approche est la plus utilisée. En effet, l’outil informatique est de plus en plus sollicité pour la conception des moteurs en raison des coûts élevés des prototypes et des techniques de mesures expérimentales et de la rapidité, toujours croissante, des ordinateurs associés simultanément au développement de logiciels CFD commerciaux et à une amélioration constante des modèles numériques [10-16]. Des efforts de recherche se sont focalisés sur l’analyse numérique de l’interaction entre la chimie et la dynamique des fluides, qui joue un rôle central sur les performances d’un système de combustion, surtout si le mouvement des gaz est turbulent. En particulier, le couplage turbulence/chimie bénéficie d’un traitement spéciale en terme de modélisation et simulation.
D’une part il y’a la modélisation et la simulation de l’aspect turbulence de la combustion, et de l’autre part il y’a la modélisation de la cinétique chimique de la combustion [21-26]. Parmi les approches dédiées à la modélisation de la turbulence il y’a LES qui est une méthode moderne et très sophistiqué et qui était limitée jusqu’à récemment à des applications académiques.
Cependant, il se trouve que depuis quelques années la LES devient de plus en plus une technique applicable, accessible et maîtrisable dans des applications technologiques, telle que les systèmes de combustion, tirant l’avantage des outils de calcul à puissance croissante.
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