Etude de schemas numeriques pour la simulation tridimensionnelle des ecoulements turbulents compressibles reactifs

par LUDOVIC HALLO

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Physique

Sous la direction de M. BUFFAT.

Soutenue en 1995

à l'ECL .

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  • Résumé

    Ce travail s'inscrit dans le cadre de recherches sur les methodes de prevision numerique du comportement de melanges de fluides compressibles en regime turbulent, avec ou sans reaction chimique. Les objectifs vises sont notamment la prediction des ecoulements dans les moteurs a foyer continu, en aeronautique. La methode developpee est batie sur une discretisation element fini/volume fini des equations de navier-stokes moyennees, sur des maillages non-structures en deux et trois dimensions d'espace. Elle a servi de support au test de diverses techniques numeriques, pour former un ensemble coherent, precis et suffisamment robuste. Ainsi les flux convectifs peuvent etre evalues par un schema volume fini muscl ou eno et la discretisation en temps est explicite ou implicite linearisee, couplee a des methodes de resolution de systemes lineaires preconditionnees. Les termes diffusifs sont discretises par une methode element fini de galerkin. Les effets de la turbulence sont pris en compte par un modele k- incluant des corrections pour la compressibilite. Un nombre variable d'espece peut etre transporte, avec variation des proprietes thermodynamiques en fonction de la temperature, mais une hypothese gaz parfait a ete adoptee pour chacun des constituants du melange. Enfin, les effets de cinetique chimique peuvent etre evalues avec un modele arrhenius ou un modele eddy break-up. De nombreuses configurations d'ecoulement sont ensuite testees. Ainsi des tubes a choc mono et multi-especes, un cas de detonation et l'instabilite de richtmyer-meshkov ont ete comparees aux donnees theoriques ou a d'autres resultats numeriques. Une tuyere transsonique est ensuite presentee, suivie par des injections transverses dans des ecoulements supersoniques. Le dernier cas presente est la combustion d'un jet d'hydrogene dans un ecoulement annulaire d'air vicie a haute temperature. Ces simulations recouvrent une bonne partie des ecoulements que l'on rencontre localement dans des foyers de combustion supersonique et mettent en evidence le bon comportement de la methode numerique


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Informations

  • Détails : 173 P.
  • Annexes : 93 REF.

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