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Etude LES des transferts thermique dans les chambres de moteurs fusée avec transition d’injection trans/subcritique.

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Niveau requis : Master ou Ecole d'ingénieur
Date de début : 2 octobre 2017
Durée de la mission : 3 ans
Rémunération : Bourse CNES

La maitrise des transferts thermiques dans les foyers de combustion de moteurs fusée demeure un enjeu important pour la durée de vie des parois solides de la chambre, en particulier pour les moteurs fonctionnant avec le couple d'ergol O2 et CH4. Par ailleurs, à poussée réduite l'oxygène injecté peut passer du régime d'injection transcritique au régime subcritique.

Dans la continuité des travaux de recherche entrepris par le CERFACS sur le développement de méthodes de calcul LES (Large Eddy Simulation) des transferts pariétaux avec couplage de la thermique solide, cette étude vise à améliorer les modèles physiques et numériques en proche paroi. Dans ce cadre, une analyse détaillée sera menée sur les approches bas Reynolds, haut Reynolds avec loi de paroi (Loi Tout Mach), et les approches hybrides de type bi-couches. Les développements apportés au code AVBP seront validés par confrontation de résultats de calculs avec des cas tests représentatifs des conditions réelles : un cas test multi-injecteur GOx/GCH4 [1], et un cas de chambre de démonstrateur technologique LOx/GCH4.

Lors des phases de réduction de poussée, l'injection d'oxygène passant du régime transcritique au régime subcritique engendre des difficultés de modélisation des phénomènes physiques en jeu. De nouvelles méthodes basées sur une interface diffuse (méthode de second gradient) et une thermodynamique généralisée ont été développées [2]. Ces methodes permettent de traiter de façon continue l’atomisation primaire en régime subcritique et le mélange de gaz dense / gaz léger en régime transcritique. On vise dans cette étude à poursuivre ces développements méthodologiques en collaboration avec EM2C, et à les valider sur des cas élémentaires (mono-injecteur) puis sur des cas représentatifs incluant des transferts pariétaux avec et sans couplage avec la thermique solide.

Ce projet s’inscrit dans le cadre de la collaboration du CERFACS avec le CNES et ASL, qui a notamment permis le développement de codes de calcul dédiés à la propulsion cryotechnique.

 

[1] CELANO , M., SILVESTRI , S., SCHLIEBEN , G., KIRCHBERGER , C. , KNAB , O. and HAIDN , O. Transregio SFB-TR40 Test Case 1. Single Element Combustion Chamber GCH4/GOX. Technical report

[2] Projet ANR SUb&SUPER JET, coordonné par EM2C Thomas Schmitt

CONTACTS

B. Cuenot – cuenot@cerfacs.fr

T. Schmitt – thomas.schmitt@ecp.fr