Simulation aux grandes échelles de l'allumage diphasique des foyers aéronautiques

par Matthieu Boileau

Thèse de doctorat en Dynamique des fluides

Sous la direction de Bénédicte Cuenot.

Soutenue en 2007

à Toulouse, INPT .

mots clés

• Simulation aux Grandes Échelles
• Approche Euler-Euler
• Combustion
• Écoulement diphasique
• Turbulence
• Turbines à gaz -- Allumage

Résumé

L'allumage ou le rallumage d'une turbine à gaz dans une atmosphère froide et raréfiée est un problème crucial pour les constructeurs aéronautiques. Le but de cette thèse est de développer une méthode de simulation aux grandes échelles (LES) pour étudier la combustion et l'allumage dans les géométries réalistes de foyers aéronautiques. L'approche théorique instationnaire prend en compte les caractéristiques essentielles de ces phénomènes en réalisant le couplage entre les modèles de turbulence, de dispersion du spray de carburant et de combustion. L'outil LES est validé dans des cas académiques puis appliqué à une configuration réaliste de foyer d'hélicoptère comportant 18 secteurs identiques. Le régime stationnaire et la séquence d'allumage d'un secteur isolé sont d'abord analysés. Grâce au calcul massivement parallèle, l'étude est ensuite étendue à l'allumage complet des 18 secteurs, apportant un éclairage nouveau sur la physique du phénomène.

Titre traduit

Large Eddy Simulation of two-phase ignition in aeronautical combustors

Résumé

Ignition or re-ignition of a gas turbine engine in a cold and rarified atmosphere is a critical issue for aircraft manufacturers. The objective of this thesis is to develop a large eddy simulation (LES) method to study combustion and ignition in realistic aeronautical combustors. The unsteady theoretical approach includes the main features of these phenomena by coupling models for turbulence, fuel spray dispersion and combustion. The LES tool is validated in academic cases and applied to a realistic helicopter combustor configuration featuring 18 identical sectors. The steady regime and the ignition sequence of a single sector are first analysed. Thanks to massively parallel computing, the study is then extended to the full ignition of the 18 sectors, bringing new insight into the physics of this phenomena.