Simulations aux grandes échelles pour l’atomisation dans les moteurs de fusée à injection liquide

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La thèse s'inscrit dans le contexte de la simulation aux grandes échelles des chambres de combustion pour la propulsion spatiale. Les moteurs de fusées peuvent rencontrer diverses conditions thermodynamiques, en particulier des régimes sous-critiques, où coexistent une phase liquide et une phase gazeuse, dans un contexte réactif, compressible.  Dans ce cadre, une modélisation de l'interface dite multi-fluide, assumant l’équilibre des températures, pression, vitesse, et potentiels de Gibbs, est considérée pour simuler ces écoulements. Les forces de tension de surface qui, jouent un rôle crucial dans les phénomènes d’atomisation, sont considérées dans ce travail. La méthode est évaluée sur une configuration réactive représentative de conditions moteur fusée (banc expérimental investigué au Technische Universität München (TUM)), présentant des résultats très encourageants et l'apport de la simulation du jet liquide par rapport à une méthode qui le modélise par l’injection de particules lagrangiennes.

Dans un second temps, une approche est proposée permettant le transfert de certaines grosses structures liquides prédites par une description Eulérienne vers une modélisation Lagrangienne après leur première séparation du cœur liquide. Un modèle d’atomisation secondaire permet ensuite la prédiction des caractéristiques du spray final. L’algorithme multi-espèce permettant le transfert de masse, d’énergie et de quantité de mouvement entre ces deux formalismes a été implémenté. L’ensemble de la stratégie est évalué sur une configuration de Jet In Cross Flow (JICF) montrant des résultats très encourageants.

Enfin, cette stratégie de couplage est mise en œuvre pour la configuration du cas réactif TUM. Les résultats préliminaires montrent la capacité et la robustesse de cette méthodologie dans ces conditions réactives.

Jury

• GOROKHOSVSKI Michael, Ecole centrale Lyon, LMFA (rapporteur)
• MOUREAU Vincent, CNRS, CORIA (rapporteur)
• CUENOT Bénédicte, CERFACS (Examinateur)
• VIE Aymeric, EM2C, Université de Paris-Saclay (Examinateur)
• SCHMITT Thomas, EM2C, Université de Paris-Saclay (Invité)
• MARCHAL David, ArianeGroup (Invité)
• MARTIN-BENITO Miguel,  CNES (Invité)
• ODIER Nicolas, CERFACS (Directeur de thèse)