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Simulation aux grandes échelles de flammes jet en écoulement transversal avec des interactions flamme paroi

MEGEP (Mécanique, Energétique, Génie civil & Procédés) – [Subject to defense authorization]

https://youtube.com/live/Z_mKDxI6W4k?feature=share

Les flammes de jet jouent un rôle clé dans de nombreux systèmes de combustion, notamment turbines, fours industriels, moteurs-fusées et scénarios critiques de sécurité. Leur interaction avec l'environnement, comme les écoulements transverses et les proximités, modifie significativement la forme, la stabilisation et les transferts thermiques. Cette thèse analyse les flammes de jet en configurations ouvertes et confinées via des simulations numériques avancées, visant à améliorer la modélisation des flammes turbulentes partiellement prémélangées. Dans un premier volet, des stratégies de raffinement statique de maillage sont développées pour augmenter la résolution sans connaissance préalable de la géométrie, essentiel pour capturer la physique dans des configurations complexes. Appliquée à des flammes stabilisées par sillage sous écoulement transverse, cette méthode révèle une topologie complexe combinant une flamme prémélangée alimentée par entraînement d'air et dynamique vortex, tandis qu'une branche de diffusion consume l'excès de carburant. L'impact des conditions thermiques aux parois et des modèles chimiques simplifiés sur la stabilisation et l'efficacité est étudié, montrant que les pertes de chaleur aux lèvres du brûleur compromettent la stabilisation et que la sensibilité au strain est déterminante pour prédire les fuites de carburant. Le second volet traite des risques liés à l'hydrogène, en étudiant des flammes supersoniques confinées sous écoulement transverse. La variation de la hauteur du tunnel démontre que le confinement gouverne la stabilisation : un conduit plus haut que la hauteur de décollage induit une stabilisation classique, alors qu'un confinement plus étroit favorise un régime diffusif avec une consommation réduite. Les flux thermiques muraux sont comparables malgré une réduction de l'hydrogène brûlé dans le cas confiné. Cette différence résulte du mode de stabilisation et de la dilution par gaz froids induite par le confinement, augmentant les gradients thermiques près des parois. Ces résultats soulignent l'importance de la stabilisation des flammes, des pertes thermiques et du confinement dans l'optimisation de l'efficacité et de la sécurité des systèmes de combustion avancés.

Jury

Prof. Dr. T. Schuller	CNRS – IMFT	Président
Dr. P. Boivin	CNRS – M2P2	Rapporteur
Dr. B. Franzelli	CNRS – EM2C	Rapporteur
Prof. Dr.-Ing. C. Hasse	TU Darmstadt	Examinateur
Dr. G. Lartigue	CNRS – Coria	Membre invité
Dr. T. Poinsot	CNRS – IMFT	Directeur de thèse
Dr. T. Jaravel	CERFACS	Co-Directeur de thèse