Simulation de l'atomisation primaire dans des injecteurs aéronautiques avec une méthode d'adaptation de maillage massivement parallèle

Numerical simulation of primary atomization in aeronautical injectors using a massively parallel adaptive mesh refinement technique

• Auteur / Autrice : Romain Janodet
• Direction : Alain Berlemont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance le 23/06/2022
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Balarac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Berlemont, Stéphane Vincent, Sébastien Tanguy, Vincent Moureau, Thibault Ménard, Stéphane Popinet, Renaud Mercier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Vincent, Sébastien Tanguy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthode d'Euler

Chambres de combustion

Géométrie différentielle

Calcul intensif (informatique)

Ensembles de niveaux, Méthodes d'

Grilles (analyse numérique)

Calcul adaptatif

Simulation des grandes échelles

Volumes finis, Méthodes de

Simulation par ordinateur

Atomisation

Fluides incompressibles

Écoulement diphasique

Mots clés libres

Écoulements diphasiques incompressibles

Atomisation primaire

Maillages non structurés

Adaptation de maillage dynamique

Level set conservative

Calcul haute performance

Géométries complexes

Multiphase flows

Primary atomization

Finite volume

Incompressible flow LES

Unstructured grids

Adaptive mesh refinement

Conservative level set

High-performance computing

Complex geometries

Résumé

Dans cette thèse, la simulation aux grandes échelles est utilisée pour simuler l’atomisation primaire et prédire les performances des injecteurs de kérosène liquide dans les chambres de combustion aéronautiques. L’atomisation étant non-linéaire, des résolutions de maillage fines sont requises à l’interface entre les deux phases fluides, et y sont localisées avec une technique d’adaptation de maillage. Le caractère multi-échelle nécessite donc d’employer un grand nombre de processeurs en parallèle, et des méthodes numériques Eulériennes ou Lagrangiennes adaptées aux caractéristiques locales du spray. Ce travail cherche à combiner ces techniques : (i) Développer des méthodes Eulériennes robustes, parallèles, et précises pour le suivi d’interface sur maillages non-structurés adaptatifs; (ii) Coupler l’ensemble avec une approche Lagrangienne pour le transport du spray. Les simulations sont comparées à des mesures expérimentales, et à des solutions théoriques ou numériques de référence.

In this thesis, Large-Eddy Simulations are employed for simulating primary atomization and predicting the performances of liquid kerosene injectors in aeronautical combustion chambers. Atomization being a non-linear process, fine grid resolutions are required at the liquid-gas interface, and are concentrated at this location using an adaptive mesh refinement technique. Thus, the multiscale nature of atomization necessitates to use a large number of processors in parallel, and to employ Eulerian or Lagrangian numerical methods suited for local spray characteristics. This work aims to combine these various techniques: (i) Development and validation of robust, massively parallel, and accurate Eulerian numerical methods for interface capturing on adaptive unstructured grids; (ii) Coupling of these methods to a Lagrangian modeling approach for spray transport. The conducted simulations are validated against experiments, and against theoretical or numerical reference solutions.