Etude de méthodes numériques et de modèles physico-chimiques pour des écoulements hypersoniques réactifs : application aux véhicules spatiaux

par Jean-Luc Verant

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Raymond Brun.

Soutenue en 1990

à Aix-Marseille 1 .


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  • Résumé

    Les rentrees hypersoniques, planantes ou balistiques, sont le siege de phenomenes thermodynamiques importants mettant en jeu des energies considerables. Il est necessaire d'evaluer des methodes numeriques qui puissent tenir compte des specificites des echanges internes du gaz en relaxation chimique dont les temps caracteristiques, tres faibles, sont tres contraignants pour la stabilite des schemas etudies. L'introduction des effets de desequilibre chimique dans un melange d'especes neutres est effectuee dans la modelisation des equations de couche limite et celles de navier-stockes parabolisees. Dans un premier temps, la simulation de la couche limite est developpee a partir des equations prenant en compte le caractere dissociatif du melange gazeux. Une methode numerique aux volumes finis implicite est appliquee au systeme conservatif. L'exemple d'application est celui d'une couche limite a symetrie axiale sur le medecin intrados d'une maquette d'hermes94 dans des proches conditions d'ecoulement de la soufflerie hypersonique f4. Le deuxieme niveau de modelisation et d'approximation des equations de navier-stockes est obtenu en developpant un systeme d'equations pns applique a des ecoulements supersoniques, tandis que les equations sont modifiees dans la zone subsonique. Ceci permet le calcul du champ entre le corps et le choc par la technique de marche en espace dans la direction de l'ecoulement. La methode numerique utilise un schema aux volumes finis, implicite par linearisation des flux. Une approche de type tvd est operee sur les flux de fluide parfait dans la direction transversale de l'ecoulement. Les cas etudies valident le schema numerique ainsi que les hypotheses physiques introduites: comparaisons avec des calculs navier-stokes instationnaires modelises en desequilibre chimique. La simulation du champ complet en desequilibre chimique dans le plan du meridien intrados de la maquett

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