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Le 30 juin 2017 à 14h00

Soutenance de thèse: Anne FELDEN – Développement de Chimies Analytiquement Réduites (CAR) et applications à la Simulation aux Grandes Echelles (SGE) de la combustion turbulente

Marie LABADENS |  Cerfacs, Salle de conférence Jean-Claude ANDRÉ |  

Résumé

L'impact environnemental du trafic aérien fait maintenant l'objet d'une réglementation qui tend à se sévériser. Dans ce contexte, les industriels misent sur l'amélioration des technologies afin de réduire la consommation de carburant et l'émission de polluants. Ces phéomènes dépendent en grande partie des chemins réactionnels sous jacents, qui peuvent s'avérer très complexes. La Simulation aux Grandes Echelles (SGE) est un outil intéressant afin d'étudier ces phénomènes pour un coût de calcul qui reste raisonnable. Cependant, les processus chimiques, s'ils sont considérés sans simplification, font intervenir des centaines d'espèces aux temps caractéristiques très difféents au sein de processus non-linéaires qui induisent une forte raideur dans le système d'équations, et un coût de calcul prohibitif. Permettant de s'absoudre de ces problèmes tout en conservant une bonne capacité de prédiction des polluants, les Chimies Analytiquements Réduites (CAR) font l'objet d'une attention grandissante au sein de la communauté. Les CAR permettent de conserver la physique du problème considéré, en conservant les espèces et voies réactionelles les plus importantes. Grâce à l'évolution toujours croissante des moyens de calculs, les CAR sont appliqués dans des configurations de plus en plus complexes. Les travaux de thèse ont principalement portés sur deux sujets. Premièrement, une étude poussée des techniques et outils permettant une réduction efficace et systématique de chimies détaillées. L'outil de réduction multi-étapes YARC est retenu et exhaustivement employé dans la dérivation et la validation d'une série de CAR préservant la description de la structure de flamme. Ensuite, une investigation de la faisabilité et des bénéfices qu'apportent l'utilisation de CAR en LES, comparé a des approches plus classiques, sur des cas tests de complexité croissante. La première configuration étudiée est une chambre de combustion partiellement prémélangée brûlant de l'éthylène, étudiée expérimentalement au DLR. Différentes modélisations de la chimie sont considérées, dont un CAR développé spécifiquement pour ce cas test, et les résultats démontrent qu'une prise en compte des interactions flamme-écoulement est cruciale pour une prédiction juste de la structure de la flamme et des niveaux de suies. La seconde configuration est un brûleur diphasique, avec une injection directe pauvre, brûlant du Jet-A2. Dans cette étude, une approche novatrice pour la prise en compte de la complexité du fuel réel (HyChem) est considéré, permettant la dérivation d’un CAR. Les résultats sont excellents et valident la méthodologie tout en fournissant une analyse précieuse des interactions flamme-spray et de la formation de polluants (NOx) dans des flammes à la structure complexe.

Mots clef

Chimie de la combustion, Schémas cinétiques réduits, Combustion turbulente, Turbines à gaz, SGE, Polluants

Jury

Nasser DARABIHA     Directeur de recherche CNRS, EM2C           Rapporteur

Pascale DOMINGO     Directeur de recherche CNRS, CORIA         Rapporteur

Frédéric GRISCH        Professeur, INSA de ROUEN, CORIA          Examinateur

Perrine PEPIOT          Professeur Assistant , Cornell University      Examinateur

Hai WANG                   Professeur, Stanford University                    Examinateur

Stéphane RICHARD    Dr. Ingénieur SAFRAN HE                           Invité

Bénédicte CUENOT    Chercheur senior, HDR, CERFACS              Directrice de thèse