Simulation des grandes échelles des écoulements turbulents inertes et réactifs en aval d’un élargissement brusque symétrique

par Phu Khanh Nguyen

Thèse de doctorat en Énergie, thermique, combustion

Sous la direction de Frédéric Plourde et de Michel Champion.

Soutenue en 2006

à Poitiers .


  • Résumé

    Ce travail est consacré à la simulation numérique des grandes échelles des écoulements turbulents inertes et réactifs en aval d’un élargissement brusque symétrique, alimenté par deux écoulements de canal pleinement développés. L’objectif de cette étude est, dans un premier temps, d’explorer les possibilités offertes par la résolution d’équations différentielles stochastiques (EDS) permettant d'imposer des conditions aux limites instationnaires et initialiser un calcul utilisant la simulation numérique des grandes échelles (LES). Cette méthode de génération de conditions aux limites instationnaires a ensuite été introduite au sein d’un code de mécanique des fluides réactifs de type LES utilisant un modèle de sous-maille de type Smagorinsky ainsi qu’un modèle de combustion de type Eddy-Break-Up. Les résultats décrivent la structure de l’écoulement dans les trois cas (1) d’un fluide inerte, (2) d’un mélange de deux fluides inertes non isothermes et (3) de combustion d’un mélange très pauvre. Les résultats soulignent que l’introduction de conditions d’entrée générées par EDS permet de mieux représenter les champs fluctuants avec des propriétés correspondantes aux mesures expérimentales disponibles. En ce qui concerne les écoulements inertes en aval de l’élargissement brusque, on retrouve bien la dissymétrie observée expérimentalement entre les deux zones de recirculation. Celle-ci est engendrée par une légère différence entre les vitesses d’entrée dans les deux canaux. L’étude de l’écoulement dans le cas où les deux canaux sont alimentés par des fluides inertes mais de températures différentes, a permis de caractériser l’influence du gradient transversal de température à l’entrée et des conditions d’entrée sur le développement de la couche de mélange en aval. Pour les écoulements réactifs, la structure de l’écoulement dans la chambre est altérée, notamment par la variation des longueurs des zones de recirculation, et l’analyse instationnaire a permis de mettre en évidence l’existence d’un faible battement du front de flammes dans la chambre.

  • Titre traduit

    Large eddy simulation for the inert and reacting flows behind a sudden symmetrical expansion


  • Résumé

    The present study is devoted to the simulation by Large Eddy Simulation (LES) approach of the inert and reacting flows developing behind a sudden symmetrical expansion and fed by two fully developed turbulent channel flows. The first objective of this study was to explore the possibilities offered by the resolution of stochastic differential equations (SDE) for imposing the unsteady boundary conditions, and to initialize a calculation by the LES technique. This method of generation of unsteady boundary conditions is then introduced into the numerical code for reacting flows using a Smagorinsky subgrid scale model as well as an Eddy Break Up combustion model. The results describe the structure of flow in three cases: (1) an inert flow, (2) the mixture of two inert flows and (3) a lean combustion. Results show that the application of the inflow conditions generated by the resolution of SDE allows a better representation of the velocity fluctuations similar to those of the real flows. Concerning the inert flows behind the sudden expansion, the dissymmetry observed in the experiment between the two recirculation zones is well represented. This dissymmetry is induced by the difference of velocities in the two entrance channels. The study of the mixture of two inert flows with two different temperatures leads to the characterization of the influence of inflow transverse temperature variation as well as the choice of the inflow conditions on the development of the mixing layer. In the case of the reactive flows, the mean flow developing downstream of the double step is symmetrical, but the lengths of the recirculation zones are smaller. The instantaneous fields show a weak flame front flapping in all of the considered reacting cases.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (140 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 85 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Poitiers. Service commun de la documentation. Section Sciences, Techniques et Sport.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 06/POIT/2295-B
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