Modélisation numérique des détonations gazeuses en milieu confiné

par Aliou Sow

Thèse de doctorat en Energétique

Sous la direction de Abdellah Hadjadj.


  • Résumé

    Cette thèse est consacrée à la modélisation numérique des détonations gazeuses non-idéales et instables en milieu confiné. Un nouveau modèle est mis au point pour tenir compte de la structure turbulente de la détonation en regard de la structure laminaire ZND. A l’aide du code CHOC-WAVES résolvant les équations de Navier-Stokes compressibles réactives, l’étude trace en détail la cartographie de l’écoulement derrière le front de détonation, pour caractériser la zone de réaction jusqu’à la surface sonique. L’analyse s’est effectuée dans le repère lié à la position instantanée de l’onde de détonation. Les résultats mettent en évidence l’importance de l’énergie d’activation sur la structure de la région subsonique réactive. Dans le cas d’un mélange très instable, elle devient complexe, et fait apparaître des instabilités globales auto-entretenues, qui modifient profondément la dynamique du choc. En termes de distribution d’énergie, le bilan de k révèle que l’énergie est amplifiée par le dégagement de chaleur. Enfin, la fraction massique des espèces réactives et les fluctuations de température sont anti-corrélées sur toute la région subsonique. Il existe également une relation linéaire entre la fraction massique et la vitesse jusqu’au maximum du dégagement de chaleur, qui est localisé dans le noyau de la zone de réaction subsonique. Sur la base de l’analogie forte de Reynolds, de nouvelles corrélations thermodynamiques sont proposées pour tenir compte de la compressibilité de l’écoulement à travers l’effet de la densité et des variations de température sur les champs moyens. Les couches limites d’ondes de détonations cellulaires se propageant dans un canal rectangulaire ont été également étudiées et les moyens d’analyse mis en oeuvre ont permis de proposer de nouvelles corrélations.


  • Résumé

    This thesis is concerned with the numerical modeling of unstable gaseous detonation waves, with nonideality coming from wall effects. A new model is developed to account for the turbulent structure of the detonation with regard to the laminar structure ZND. Using the CHOC-WAVES code solving the reactive compressible Navier-Stokes equations, the study provides a detailed mapping of the flow downstream the detonation front to characterize in particular the reaction zone up to the sonic surface. The analysis has been conducted in the system of coordinates attached to the instantaneous shock front. The results highlight the importance of the activation energy on the structure of the subsonic reactive region. In the case of an unstable mixture, the structure of the reaction zone becomes complex and shows self-sustaining global instabilities, which deeply alter the dynamics of the shock. In terms of energy distribution, the results of k show that the energy is enhanced by heat release. Finally, the mass fraction of the reactive species and temperature fluctuations are anti-correlated across the subsonic region. Moreover, there is a linear relationship between the mass fraction and the velocity to the peak of heat release. Based on the strong Reynolds analogy, new thermodynamic correlations are proposed to account for the compressibility of the flow through the effect of the density and temperature variations on the mean fields. The boundary layer of cellular detonation wave propagating in a rectangular channel was also investigated and new correlations were proposed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (184 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 116 références

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  • Bibliothèque : Université de Rouen. Service commun de la documentation. Section sciences site Madrillet.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 14/ROUE/S031
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