Simulation des grandes echelles des zones de melange : application a la propulsion solide des lanceurs spatiaux

par JORGE SILVESTRINI

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de M. LESIEUR.

Soutenue en 1996

à l'INP GRENOBLE .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    On presente le formalisme de la simulation des grandes echelles (les) pour l'etude des ecoulements turbulents incompressibles et compressibles, puis les modeles sous-maille qui tiennent compte des echelles plus petites que la maille de calcul. Des tests, en configuration de couche de melange temporelle, permettent de mettre en evidence le comportement de differents modeles. Ensuite, des les des couches de melanges tridimensionnelles temporelles et spatiales sont presentees. Dans le deux cas, on teste deux types de perturbations sur la condition initiale (condition d'entree pour le probleme spatial): une 3d isotrope et l'autre quasi-bidimensionnelle. Ces simulations mettent en evidence: l'origine et l'evolution des tourbillons longitudinaux secondaires qui caracterisent les couches de melanges, leurs caracteristiques principales telles que longueur, diametre et intensite, l'evolution de leur diametre avec l'appariement des tourbillons primaires de kelvin-helmholtz et l'ajustement de leur espacement avec la separation entre structures primaires. Des simulations avec differentes perturbations mettent en evidence la sensibilite de la couche de melange aux conditions initiales ou conditions d'entree. Une simulation temporelle, avec des perturbations initiales 3d isotropes, permet d'arriver a un etat de turbulence pleinement developpee en regime auto-similaire. Ceci est verifie avec des donnees experimentales. Finalement, on presente des simulations realisees dans des geometries simplifiees d'un moteur a propergol solide comme celui du propulseur a poudre du lanceur spatial ariane 5. En plus de lachers des tourbillons de kelvin-helmholtz on a mis en evidence deux types d'instabilites secondaires qui sont a l'origine de la formation des tourbillons longitudinaux. Dans un cas il apparait des tourbillons longitudinaux analogues a ceux observes dans les couches de melange tandis que dans l'autre cas, il s'agit plutot de tourbillons de gortler, produits par le detachement de la couche limite en amont de la tuyere. Ces tourbillons sont responsables de l'elargissement vers les hautes et les basses frequences, du spectre d'energie cinetique mesure en mi-chambre


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  • Détails : 148 P.
  • Annexes : 108 REF.

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