Simulation aux grandes échelles des écoulements liquide-gaz : application à l'atomisation

Large eddy simulation for liquid-gas flow : application to atomization

• Auteur / Autrice : Nicolas Hecht
• Direction : François-Xavier Demoulin, Julien Reveillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Energétique
• Date : Soutenance le 15/03/2016
• Etablissement(s) : Rouen, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Partenaire(s) de recherche : : Normandie Université (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Vincent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François-Xavier Demoulin, Julien Reveillon, Stéphane Vincent, Francis Dupoirieux, Mikhael Gorokhovski, Roland Borghi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francis Dupoirieux, Mikhael Gorokhovski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie mécanique

Écoulement diphasique

Automobiles -- Moteurs -- Injection électronique

Simulation des grandes échelles

Atomisation

Mots clés libres

Méthode de suivi d'interface

LES

Atomization

Large Eddy Simulation

Résumé

Cette thèse est dédiée à l'amélioration des modèles d'atomisation pour les injecteurs automobiles. Le but est de développer et d'évaluer des modèles numériques permettant de capturer le passage de structures liquides en cours d'atomisation depuis les grandes échelles vers les petites échelles de sous-maille dans des configurations complexes. Dans un premier temps, nous mettons en place une procédure de calcul permettant le passage d'une description Eulérienne d'un spray à une procédure Lagrangienne. Afin de ne pas perdre les plus petites structures liquides, celles-ci seront transformées en particules Lagrangienne. Une analyse sur différentes grandeurs physiques, telles que la masse, la quantité de mouvement ou l'énergie cinétique turbulente, lors de cette transformation a été réalisée. L'autre partie de ce travail est consacrée au développement d'un modèle de simulation aux grandes échelles des écoulements diphasiques. La simulation de l'atomisation requiert un traitement spécifique de l'interface. Deux cas limites sont traités dans la littérature : • L'interface peut bien être capturée par le maillage. A ces endroits, une méthode classique de type DNS (Direct Numerical Simulation), comme les méthodes VOF (Volume of Fluid), doit être utilisée. • Lors de la création de plissements inférieurs à la taille de la maille, le maillage ne permet plus de suivre fidèlement l'interface. Il faut alors que le calcul reproduise des résultats d'une méthode LES (Large Eddy Simulation) considérant des structures et des gouttes inférieures à la taille de la maille. Ainsi, la problématique principale consiste à déterminer la configuration dans laquelle se trouve l'interface. La mise en œuvre de ce modèle a permis d'obtenir des résultats dans une configuration proche de l'injection Diesel, qui sont alors comparés à une DNS de référence.

This thesis is dedicated to improve atomization models for automobile injectors. The aim is to develop and evaluate numerical models to capture the liquid structure while they are being atomized from large scales to small sub grid scales in complex configurations. Initially, a calculation procedure is introduced for the transition to an Eulerian description of a spray into a Lagrangian description. In order not to lose the smallest fluid structures, they will be transformed into Lagrangian particles. During this process, an analysis is been performed with various physical parameters such as mass, momentum, or turbulent kinetic energy. The other part of this work is dedicated to the development of a LES (Large Eddy Simulation) for multiphase flow. The simulation of the spray requires a specific treatment of the interface. Two limiting cases are treated in the literature: • The interface may be captured by the mesh. At these locations, a conventional method of DNS (Direct Numerical Simulation) should be used, like the VOF method (Volume of Fluid). • When creating pleating smaller than the size of the mesh, the mesh can no longer match the interface. Then, the calculation must reproduce results from a LES method that take into account structures and drops smaller than the mesh size. Thus, the main problem is to define the configuration of the interface. The development of this model allows to obtain results in a configuration close to the Diesel injection's, which are then compared to a reference DNS.