Contribution à la modélisation des écoulements turbulents réactifs partiellement prémélangés

par Vincent Robin

Thèse de doctorat en Energétique, thermique, combustion

Sous la direction de Michel Champion et de Arnaud Mura.


  • Résumé

    Ce mémoire de thèse est consacré à la modélisation des écoulements turbulents réactifs dans des cas où les mélanges combustible-air peuvent ne pas être parfaitement prémélangés. Les hypothèses de Schvab-Zeldovich permettent alors d'utiliser seulement deux variables pour caractériser l'état thermochimique du mélange. Nous choisissons ici la fraction de mélange  pour décrire la composition des gaz frais et la fraction massique de combustible Y pour évaluer l'avancement de la réaction. L'analyse repose sur le formalisme LW-P, ici étendu au second ordre en proposant une PDF jointe des scalaires et de la vitesse composée de distributions de Dirac. Nous présentons également de nouvelles fermetures algébriques pour les termes de dissipation des fluctuations des quantités scalaires associés au mélange à petite échelle. L'analyse des effets des fluctuations de pression conduit à la proposition de nouvelles fermetures des équations pour les tensions de Reynolds et des flux turbulents scalaires. Ces fermetures prennent en compte les phénomènes de production de turbulence par les flammes et de diffusion non-gradient dans des cas partiellement prémélangés. Les modèles développés ici sont implantés dans le logiciel de mécanique des fluides numérique Code-Saturne et validés en utilisant tout d'abord la configuration ORACLES du LCD puis la flamme en V turbulente étudiée expérimentalement au CORIA. Ces deux dispositifs expérimentaux permettent l'étude de la combustion partiellement prémélangée. Les simulations numériques de ces deux écoulements, utilisant le modèle LW-P, ont donné des résultats en bon accord avec les données expérimentales.

  • Titre traduit

    Modeling of turbulent partially premixed reactive flows


  • Résumé

    The present study is devoted to the numerical modeling of turbulent reactive flows in situations where reactants are not ideally premixed. In this case, the description of the local thermochemistry requires at least two variables. Here we chose the mixture fraction  to describe the local composition of fresh mixture and the fuel mass fraction Y to evaluate the progress of the chemical reaction. The numerical model is based on the LW-P analysis but here the joint velocity-scalar discrete PDF made of Dirac delta functions is considered in the context of a second order modeling. New algebraic closures for the scalar dissipation terms are proposed to represent the mixing at small scales. Special attention is paid to the closure of pressure fluctuating terms which appear in the turbulent transport equations. The proposed closure is able to take into account the counter-gradient diffusion and flame generated turbulence effects. Numerical simulations are performed with the CFD code Code-Saturne and the model is validated using first the experimental configuration ORACLES from LCD and second the turbulent V-shaped flame studied at CORIA. Numerical results obtained for these two configurations are in good agreement with experimental data in both cases of perfectly and partially premixed turbulent reactive flows.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XXV-246 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 95 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Poitiers. Service commun de la documentation. Section Sciences, Techniques et Sport.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 07/POIT/2303
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