Simulation numérique des écoulements cisaillés à haute température en régime raréfié

par Estelle Lefrançois

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides-Energétique

Sous la direction de Boujema Izrar.

Soutenue en 2001

à Orléans .


  • Résumé

    Depuis quelques années, un regain d'intérêt pour les explorations interplanétaires est apparu. L'étude des écoulements de rentrée atmosphérique constitue la principale motivation de ce travail. Dans le cas d'engins évoluant à des vitesses hypersoniques, la température peut s'élever à quelques milliers de degrés. Lors de la rentrée, la rencontre avec différentes couches de l'atmosphère soumet par ailleurs l'engin à différents régimes d'écoulements caractérisés par le nombre de Knudsen. Lorsque ce nombre de Knudsen n'est plus négligeable, on a recours à une description à l'échelle moléculaire. La méthode numérique DSMC (Direct Simulation Monte Carlo method) relève de ce type d'approche et simule les collisions entre particules. L'objectif de cette étude est d'introduire les modes d'énergie internes de vibration et électronique dans un code DSMC afin d'améliorer la modélisation des collisions inélastiques. La difficulté de reproduire en soufflerie à la fois les faibles densités du gaz et les hautes enthalpies limite le nombre de données expérimentales pour la validation des modèles numériques. La validation de ce type d'étude repose alors sur une comparaison des résultats numériques avec ceux issus des modèles analytiques disponibles dans la bibliographie. Dans un premier temps, une étude paramétrique d'un écoulement soumis à un cisaillement constant permet de mettre en évidence l'influence de la raréfaction, du cisaillement sur les caractéristiques de l'écoulement ainsi que sur les déséquilibres thermiques. Parmi les problèmes posés par les écoulements spatiaux, la détermination des coefficients de transport est l'un des plus cruciaux. Dans cet esprit, cette étude s'attache donc également à étudier l'influence des paramètres de l'écoulement (T, nombre de Knudsen, forts gradients) sur ces coefficients de transport. La cohérence des résultats de la simulation avec les différents modèles analytiques permet ainsi de valider les modèles numériques dans les conditions où les modèles analytiques sont valables.

  • Titre traduit

    Numerical simulation of high temperature rarefied shear flows


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Informations

  • Détails : 195 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 163-168

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université d'Orléans. Service commun de la documentation.Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS 19-2001-50
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