Contribution à l'étude numérique des jets supersoniques sous-détendus

par Guillaume Lehnasch

Thèse de doctorat en Énergie, thermique, combustion

Sous la direction de Pascal Bruel.

Soutenue en 2005

à Poitiers .


  • Résumé

    Cette étude est inspirée en particulier par le besoin, lors de la phase d'intégration d'un moteur aéronautique, de maîtriser a priori les risques d'endommagements liés à la possible décharge d'un écoulement de gaz brûlés à haute pression et haute température, issu d'un orifice apparaissant accidentellement au niveau de la paroi de la chambre de combustion. Après avoir brossé un tableau exhaustif de la phénoménologie des écoulements considérés, une stratégie est proposée afin de surmonter les difficultés numériques particulières associées à la simulation de tels jets, et d'obtenir des solutions stationnaires pour un rapport coût / précision raisonnable. La procédure retenue repose sur l'utilisation i) d'une méthode mixte volumes finis / éléments finis pour intégrer la formulation axisymétrique des équations de Navier-Stokes en régime compressible, ii) de schémas décentrés (TVD) pour évaluer les flux convectifs, iii) d'une méthode de réadaptation anisotrope de maillages non-structurés et iv) d'un modèle de turbulence k-ε modifié afin de réintégrer les principaux effets de compressibilité. L'analyse des résultats obtenus démontre que la stratégie retenue nous permet de prévoir correctement la structure d'ensemble des différents jets considérés et confirme que celle-ci est très sensible aux conditions d'entrée prévalant au niveau de l'orifice, ce qui nous conduit d'ores et déjà à préconiser une évolution de la définition des tests de certification.

  • Titre traduit

    Contribution to the numerical simulation of supersonic underexpanded jets


  • Résumé

    This study stems in particular from the need to control, during the integration stage of an aeronautical engine, the hazards related to the possible discharge of hot and highly pressurized gases issued from an orifice accidentally created at the combustion chamber wall. After a review of the phenomenology of such a flow, a strategy is proposed to overcome the difficulties encountered when such jets are to be dealt with numerically in order to obtain converged solutions at a moderate computing cost / accuracy ratio. The chosen method relies on i) a mixed finite volume / finite element approach to integrate the axisymmetrical formulation of the compressible Navier-Stokes equations, ii) upwind schemes (TVD) to evaluate the convective fluxes, iii) an anisotropic readaptation algorithm for unstructured meshes and iv) a modified k-ε turbulence model including compressibility effects. The analysis of the results demonstrate the efficiency of the proposed strategy which leads us to correctly forecast the overall jet structure which proved to be very sensitive to the inlet conditions prescription. Such a feature strongly suggests that the corresponding certification tests definition should be updated accordingly.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (xxiii-288 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 188 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Poitiers. Service commun de la documentation. Section Sciences, Techniques et Sport.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 05/POIT/2284-B
  • Bibliothèque : Institut universitaire de technologie. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : THE 2005 LEN
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