Développement, étude critique et validation de modèles, de propriétés radiatives infrarouges de CO2 et H2O à haute température : applications au calcul des transferts dans des chambres aéronautiques et à la télédétection

par Laurent Pierrot

Thèse de doctorat en Energétique, Physique des fluides et des transferts

Sous la direction de Jean Taine.


  • Résumé

    Ce mémoire est consacré à l'étude de modèles de propriétés radiatives de H2O et CO2 à haute température dans l'infrarouge. L'approche raie-par-raie, fondée sur les bases de données du laboratoire EM2C, sert de référence. Une étude bibliographique de différents modèles est menée dans le chapitre 1: modèles à bandes étroites (SNB, C-K, CKFG) et modèles globaux (WSGG, SLW, ADF, MADF), beaucoup plus légers en temps de calcul, mais qui ne peuvent s'appliquer qu'a des milieux dont les frontières sont grises. Pour des applications ou la pression est élevée (chambres de combustion de moteurs d'avion), nous montrons dans le chapitre 2 qu'un modèle simplifié (box model) permet des calculs de luminances précis à quelques pour cent. L'étude de modèles permettant la prise en compte les corrélations spectrales à haute résolution, indispensable à pression atmosphérique, est menée dans les chapitres 3 et 4. Dans le chapitre 3, nous développons le modèle global ADF-FG, fondé sur une décomposition du spectre de H2o ou CO2 en gaz fictifs (regroupant les raies dont l'énergie du niveau bas de la transition est similaire), et nous montrons son apport par rapport au modèle ADF. Dans le chapitre 4, nous comparons les performances des différents modèles dans une situation de transfert, dans le cas de mélanges H2O-N2 et CO2-N2. Dans la plupart des situations usuelles, les modèles à bandes étroites (SNB, C-K, CKFG) conduisent à de bonnes prédictions des grandeurs radiatives (flux, puissances). En revanche, le modèle WSGG peut conduire à des erreurs considérables, et la précision des modèles SLW et ADF, même si elle reste acceptable, dépend fortement de leur température de référence. Le modèle ADF-FG reste précis, y compris pour des applications de type télédétection. Par ailleurs, le traitement de parois fortement réfléchissantes est plus facile avec des modèles formulés en coefficient d'absorption (notamment C-K et ADF-Fg) qu'avec des modèles formulés en transmittivité moyenne (SNB, CKFD). Dans le dernier chapitre de ce mémoire, nous montrons que le décalage Doppler des raies d'un jet gazeux chaud à grande vitesse se traduit par une augmentation de la luminance du rayonnement transmis, mais que cet effet est négligeable pour les vitesses usuelles des jets de moteur d'avion

  • Titre traduit

    Development, critical study, and validation of CO2 and H2O infrared gas radiative property models at high temperature : applications to radiative transfer calculations in aircraft engines combustion chambers and to long-range sensing problems


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Informations

  • Détails : 1 vol. (186 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 54 réf.

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH 58192
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