Etude de la vaporisation-combustion des gouttes d'oxygène liquide (LOX) à haute pression

par Joe͏̈l Daou

Thèse de doctorat en Physique et modélisation des systèmes énergétiques

Sous la direction de Pierre Haldenwang.

Soutenue en 1994

à Aix-Marseille 1 .

mots clés

• Moteurs-fusées
• Évaporation
• Combustion
• Thermochimie

Résumé

Nous etudions la vaporisation-combustion des gouttes d'oxygene liquide (lox) en regime transcritique et supercritique, dans des conditions thermodynamiques typiques des moteurs-fusees. Apres une breve synthese de resultats theoriques importants (chapitre i), nous presentons au chapitre ii le cas de la combustion supercritique d'une goutte lox avec un schema reactionnel detaille. La flamme de diffusion obtenue est tres epaisse, essentiellement a cause de la reversibilite des reactions, et le taux maximal de degagement de chaleur se produit dans la proximite de l'interface. Le probleme de l'allumage est aborde et une etude parametrique exhaustive est faite. En particulier, le temps de combustion est trouve independant de la pression. Dans le chapitre iii, nous etudions la nature des fronts chimiques intervenant localement dans le processus d'allumage d'une goutte lox. Les resultats montrent la possibilite d'existence de deflagrations rapides, avec une structure originale dans des melanges o#2-h#2 a haute temperature (1500 k). Dans le chapitre iv, nous presentons la modelisation thermodynamique de l'interface utilise, basee sur l'utilisation des equations d'etat cubiques. Cette approche thermodynamique suggere la disparition de l'interface en presence de traces de h#2o. Le chapitre v est consacre au probleme de vaporisation pure, et utilise les ingredients du chapitre precedent. Le regime de vaporisation sous-critique se prolonge jusqu'a environ deux fois la pression critique de o#2. La transition vers le regime de vaporisation supercritique est exprimee comme une relation entre la pression et la temperature de chambre. Enfin le chapitre vi presente le debut d'une etude bidimensionnelle. Il decrit brievement le code numerique axisymmetrique mis au point. Il est du type volumes finis avec grilles decalees et utilise une methode multigrille pour la resolution des grands systemes. Des resultats qualitatifs correspondant au probleme de la deformation d'une goutte supercritique injectee dans un milieu chaud sont presentes

Titre traduit

Vaporisation and combustion of liquid oxygen (lox) droplets at high pressure

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