Simulation aux grandes échelles de flammes jet en écoulement transversal avec des interactions flamme paroi.

LES of jet flames in crossflow with flame-wall interactions.

• Auteur / Autrice : Lukas Gaipl
• Direction : Thierry Poinsot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Soutenance le 29/09/2025
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Européen de Recherche et Formation Avancées en Calcul Scientifique (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Schuller
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Poinsot, Pierre Boivin, Benedetta Giulia Franzelli, Christian Hasse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Boivin, Benedetta Giulia Franzelli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement d'images -- Techniques numériques

Transfert d'énergie

Transfert de chaleur

Méthane

Mots clés libres

Méthane

Hydrogène

Raffinement de maillage

Confinement

Transfert de chaleur

Methane

Hydrogen

Static Mesh Refinement

Confinement

Conjugate Heat Transfer

Résumé

L'objectif de la thèse est la simulation numérique par DNS et LES de flammes de diffusion créées par un jet de gaz combustibles dans de l'air. Cette configuration est employée dans les torches (industrie du pétrole) mais est aussi le prototype des études liées à la sécurité lorsqu'une fuite de gaz s'enflamme dans l'air ambiant par exemple pour Airbus dans les futurs avions à hydrogène. On s'intéressera aussi à l'interaction de ces flammes avec des parois. Dans toutes les configurations, la question de l'interaction entre turbulence et combustion sera au centre des recherches. Les calculs seront faits avec le code AVBP du CERFACS. La première partie de la thèse sera dédiée aux flammes jets dites ‘libres' c'est-à-dire dans obstacle. On s'intéressera aux modes de stabilisation de la flamme au voisinage des lèvres du jet et à l'interaction avec la turbulence de la cinétique chimique dans deux cas extrèmes : le méthane où la chimie est lente et l'hydrogène où elle est très rapide. Dans la seconde partie, ces flammes seront placées face à des parois et on étudiera l'interaction flamme paroi : la cinétique proche paroi devra être revisitée de même que les modèles de turbulence proche paroi. Au voisinage des parois, la présence de flammes génére des flux extrèmement élevés : un couplage avec la thermique dans les parois sera aussi mis en place si besoin.

The objective of the thesis is the numerical simulation using DNS and LES of diffusion flames, which are created by a jet of combustible gas in air. This configuration is used in torches (gas industry) and further in a prototype study for safety scenarios in aviation industry, if a gas leak ignites in ambient air, for example in future hydrogen propelled airplanes of Airbus. Moreover, the interaction of flames and walls is studied. The interaction of turbulence and combustion is the centre of research throughout all studies. The simulations are performed using the code AVBP developed by CERFACS. The first part of the thesis is dedicated to ‘free' flames e.g., without any obstacle. The stabilisation of the flame in the vicinity of jet lips and the interaction of turbulence and chemical kinetics of two extreme cases is studied: methane with a slowly proceeding and hydrogen with a very fast proceeding chemistry. In the second part, these flames are placed close to walls and the interaction of flames and walls is studied: the kinetics close to the wall are re-examined as well as turbulence models in the vicinity of walls. Here, the presence of a flame generates extremely high fluxes and the coupling of thermal insulation of the walls is studied as well if necessary.