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Modélisation et simulation de la production de suies dans les conditions de moteurs aéronautiques

ED MEGEP

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La certification des moteurs aéronautiques à des normes de plus en plus strictes en matière d'émissions de suies nécessite des modèles prédictifs capables de traiter des configurations industrielles complexes à un coût raisonnable. Cette thèse propose une méthodologie avancée de simulation des suies en intégrant une Chimie Réduite Analytiquement (ARC) avec une description précise des hydrocarbures aromatiques polycycliques (PAH) et le modèle de Suivi Lagrangien des Suies (LST) dans le cadre du code AVBP.

La méthodologie est d’abord validée sur des flammes laminaires du workshop International Sooting Flame (ISF), montrant une forte concordance avec les mesures expérimentales en termes de prédictions des espèces et des suies. Une étude approfondie sur la flamme laminaire de Gülder met en évidence l’amélioration de la description de la morphologie des suies grâce à un nouveau modèle de surface basé sur les agrégats, bien que des écarts persistent sur la fraction volumique de suie. De plus, un modèle de maturité des suies est introduit pour suivre le rapport hydrogène-carbone, un proxy de leur composition chimique.

Pour limiter le coût de calcul lié à l'inclusion des PAH, un modèle hybride, nommé PAHARC, est développé. Il combine un schéma réduit compact pour la résolution de la flamme avec une approche de tabulation pour l'accès aux PAH.

L'approche est appliquée à des configurations turbulentes, notamment le brûleur de Cambridge et la chambre de combustion aéronautique 4SI. Les simulations montrent que le modèle PAHARC permet une réduction significative du coût de calcul tout en gardant des prédictions satisfaisantes. Dans le brûleur de Cambridge, Les résultats indiquent que LST surestime la taille des agrégats de suies dans la flamme, bien que la distribution des tailles reste cohérente avec les tendances expérimentales. Enfin, la modélisation des suies dans le 4SI fournit des informations sur leur formation et évolution, malgré l'absence de données expérimentales pour comparaison.

En conclusion, cette thèse établit un cadre robuste pour la modélisation des flammes avec suies, avec un fort potentiel pour les cas turbulents. Les avancées proposées ouvrent la voie à une prédiction plus précise et à coût réduit des populations de suies dans AVBP, apportant une contribution aux enjeux de la certification et de la réduction des émissions.

Jury

M. Jean-Christophe JOUHAUD	CERFACS	Directeur de thèse
M. Jeroen VAN OIJEN	CORIA, Rouen	Rapporteur
Mme Benedetta FRANZELLI	EM2C, Paris	Rapporteure
M. Jérôme YON	INSA, Rouen	Examinateur
M. Epaminondas MASTORAKOS	Cambridge UK	Examinateur
Mme Bénédicte CUENOT	Safran Aircraft Engine	Membre invité
Mme Eléonore RIBER	CERFACS	Membre invité