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Modélisation d’injecteur liquide pour la Simulation aux Grandes Echelles de moteurs aéronautiques

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Niveau requis : Ecole d'ingenieur et/ou Master 2
Date de début : 1 février 2017
Durée de la mission : 6 mois
Rémunération : 650,00 €/mois

Depuis de nombreuses années, les fabricants de moteurs aéronautiques visent à optimiser la consommation et réduire les émissions de gaz polluants tels que les NOx et le CO. Plus récemment, des efforts de recherche importants ont été réalisés pour réduire les émissions de particules polluantes telles que les suies. Le projet européen SOPRANO (SOot Processes and Radiation in Aeronautical inNOvative combustors, 2016-2020) impliquant plusieurs motoristes et laboratoires de recherche, a pour objectif de mieux maitriser les différents processus physiques impliqués dans la production des particules de suies. Une des pistes de recherche retenue dans ce projet est l'étude des injecteurs de type « airblast » favorisant le mélange air-carburant grâce à une atomisation très fine. Dans ces injecteurs, le carburant est pulvérisé contre un canal circulaire dans lequel il forme un film liquide avant d'être poussé et atomisé en bout de lèvre par un jet d'air à haute vitesse. Ce fonctionnement est illustré en Figure1.

Stage_airblast

Figure 1 : Coupe d’un injecteur « airblast »

L’objectif de ce stage est de simuler le comportement de ce type d’injecteur en utilisant le code AVBP. Il résout les équations de Navier-Stokes compressibles multi-espèces avec un formalisme LES pour la phase gazeuse. Dans ce stage, l’approche Euler-Lagrange sera privilégiée pour modéliser le transport des gouttes de carburant. Un modèle phénoménologique est disponible dans AVBP pour traiter l'injection de carburant sous la forme d’un cône creux [Sanjosé et al. IJHMT, 2011]. De récents travaux de thèses [Iafrate, PHD INP Toulouse, 2016] et [Chaussonnet, PHD INP Toulouse 2014] ont permis de proposer des modèles phénoménologiques pour modéliser la formation du film liquide à la paroi et l'atomisation en bout de lèvre. Cependant, des efforts d'implantation et de validation dans le code de calcul sont encore nécessaires avant de pouvoir les appliquer dans une configuration industrielle. Par ailleurs en plus de la dynamique de l’écoulement diphasique et de la flamme, la production de suies est également influencée par les échanges thermiques aussi bien par conduction aux parois que par rayonnement des gaz brûlés et des particules de suies. Il est donc nécessaire de prendre en compte les échanges thermiques à la paroi dans le modèle de film.

 

Description du stage :

L’étudiant se concentrera sur la partie dynamique de la phase dispersée. L’objectif est d’implanter les modèles de film liquide et de ré-atomisatoon en bout de lèvre développés dans les 2 thèses précédemment citées dans la dernière version du code AVBP (V7.2) dont le solver lagrangien a été complètement ré-écrit, puis de les valider dans des configurations académiques. En fonction de l'avancement du stage, une LES de l’injecteur « airblast » du projet SOPRANO pourra également être initiée. Les étapes du stage sont les suivantes :

  • Etude bibliographique sur l’injection de caburant liquide dans les moteurs aéronautiques (phénoménologie, approches numériques, modèles)
  • Prise en main du code AVBP et en particulier du solveur Lagrangien via simulation de cas tests existants
  • Implantation des modèles de film liquide et d’atomisation en bout de lèvre dans le code AVBP
  • Simulation de configurations académiques et validation des modèles par comparaison avec des mesures

 

Perspectives :

A la suite de ce stage et en fonction de la qualité du travail réalisé, il pourra être proposé au stagiaire de poursuivre le travail prévu dans le projet SOPRANO dans le cadre d'une thèse.

 

Contacts :