Simulation numérique et analyse physique d'un jet propulsif contrôlé par des injections radiales

par Nicolas Chauvet

Thèse de doctorat en Mécanique des milieux fluides

Sous la direction de Laurent Jacquin et de Jean-Paul Bonnet.


  • Résumé

    A cause de sa température élevée, le jet propulsif d'un avion de combat est une source de rayonnement infrarouge qui rend l'appareil très vulnérable. Ce rayonnement peut toutefois être réduit en accélérant le mélange du jet avec l'atmosphère. Cette thèse est consacrée à la simulation numérique d'un jet propulsif réaliste contrôlé par des injections radiales et à l'analyse physique des mécanismes d'augmentation de son mélange. Deux types de simulations, RANS et ZDES, ont été réalisés sur la base du modèle de Spalart-Allmaras. Dans le modèle ZDES, une nouvelle longueur caractéristique de maille est formulée et améliore sensiblement la prévision de la région initiale du jet. Globalement, les simulations ZDES restituent fidèlement le champ moyen du jet supersonique sans et avec contrôle, aussi bien les cellules de détente/compression que la diffusion turbulente. L'analyse physique est dédiée à la compréhension d'une part des mécanismes compressibles concentrées au coeur du jet et d'autre part des mécanismes tourbillonnaires périphériques ainsi qu'à l'évaluation de leurs rôles respectifs dans l'augmentation du mélange. Il en ressort que l'augmentation du mélange est exclusivement due aux mécanismes tourbillonnaires. Une étude paramétrique fournit des indications pour concevoir un mélangeur efficace. L'analyse des tourbillons focalisée sur le régime lointain quasi-bidimensionnel souligne leur dynamique moyenne et fait apparaître l'action des fluctuations turbulentes sur leur taux de dégénérescence. Enfin, deux régimes de contrôle sont identifiés et associés aux pénétrations respectivement quasi-stationnaire et intermittente des jets secondaires.

  • Titre traduit

    Numerical simulation and physical analysis of a propulsive jet controlled by radial injections


  • Résumé

    Because of its high temperature, a propulsive jet is a source of infrared radiation which makes combat aircraft vulnerable. However, radiation can be alleviated by an enhancement of the mixing between the jet and the ambient air. This thesis is dedicated to the numerical simulation of a real-life propulsive jet controlled by radial injections and to the physical investigation of the mixing enhancement mechanisms. As for the simulations, RANS and ZDES based upon the Spalart-Allmaras model are used. In the ZDES model, a new mesh cutoff size is proposed and is shown to improve the prediction of the jet near-field. On the whole, the results provided by ZDES are in fair agreement with the mean flow fields of the supersonic jets without and with control, as well for the expansion/compression cells as for the turbulent diffusion. The physical analysis deals with both the compressible and the vortical mechanisms. It is proved that mixing enhancement is only due to the action of vortices. A parametric study gives some information to design an efficient mixer. The analysis of the vortices is focused on the quasi-bidimensional regime of the far-field. Their mean longitudinal evolution is highlighted and the action of the turbulent fluctuations on their decay rate is shown. Finally, two control regimes are identified and respectively associated to a quasi-steady penetration and to an intermittent penetration of the secondary jets.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (VI-324 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 272 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/2318
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