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Soutenance de thèse : Jonathan WIRTZ : « Modélisation de l'impact des carburants sur les moteurs d'avion »

  Lundi 26 septembre 2022 à 14h00

  Thèses Cerfacs       Salle de conférences Jean-Claude André - CERFACS - Toulouse    

Lien you tube : https://youtu.be/nzu7fTK1yqU

Résumé :

L'augmentation des catastrophes climatiques, provoquée par l'activité humaine, a conduit certains acteurs du secteur aéronautique à réfléchir à des solutions pour réduire les émissions liées à la combustion et créer une aviation moins consommatrice. Cependant, le stockage sous forme de batterie ne remplit pas le critère de puissance et d'autres carburants prometteurs comme l'hydrogène nécessitent de modifier le moteur de l'avion de manière conséquente. Une autre solution à court terme est l'utilisation de carburants alternatifs qui sont directement utilisables et, qui, malgré certains inconvénients, réduiraient les émissions du secteur dans un futur proche. Le projet européen H2020 – JETSCREEN, qui a subventionné cette thèse, s'inscrit dans ce contexte. En effet, le developement des techniques LES et de la méthodologie ARC couplés à l'augmentation des ressources CPU a permis à de la cinétique précise d'être utilisée dans des chambres de combustion turbulentes. Le principal sujet de cette thèse est le développement d'une méthodologie pour analyser une flame diphasique turbulente avec des pertes thermiques et de la chimie complexe pour trois carburants multi-composants : un conventionnel et deux alternatifs. Avant de calculer ces flammes, des questions restent en suspens sur les propriétés chimiques et d'évaporation de ces carburants. Premièrement, les mécanismes ARC ont été développés et comparés à des mécanismes détaillés, validant la capacité du code de réduction cinétique ARCANE à retrouver les sensibilités chimiques des carburants. Les carburants ont ensuite été analysés sur des cas canoniques concluant que la composition des carburants a une influence sur la combustion globale mais peu sur les polluants. De plus, la simulation de flammes 1D prémélangées ARCs a expliqué pourquoi des cinétiques si complexes ont besoin de très peu de points dans le front de flamme pour donner des résultats précis et a mis en évidence le rôle prépondérant du pied de flamme et en particulier de la consommation du carburant qui pilote la convergence de la flamme. Deuxièmement, la comparaison des propriétés d'évaporation a conduit à des résultats proches du travail experimental du DLR et retrouve la sensibilité des carburants au diphasique. En se basant sur ces résultats, le calcul de flammes prémélangées diphasiques a montré que les variables caractéristiques de la flamme sont dépendantes du degré d'évaporation préférentielle. De plus, la structure d'une flamme diphasique de diffusion à contre-courant a été étudiée et a montré que l'écoulement diphasique polydisperse initie un changement de régime de flamme ce qui explique la structure exotique observée. Une fois ces deux analyses réalisées, la chambre de combustion réelle a pu être simulée. Les différences en terme de solutions moyennées ont été établies, montrant la bonne capacité du code LES AVBP à reproduire le comportement expérimental de ces carburants pour les quantités dynamiques, les champs thermiques et les propriétés diphasiques. La comparaison entre un substitut simple et complexe pour le kérosène a conduit à un point de stabilisation similaire, mais une structure de flamme différente, montrant la capacité du senseur Takeno à visualiser globalement le bon régime de flamme. Une méthodologie pour la détection de l'extinction en limite pauvre a été suggérée sur la chimie simple, d'abord en évaluant le temps caractéristique de la chambre, quantité clé pour l'évolution de la flamme transitoire puis en choisissant les variables permettant la détection de l'extinction. L'extinction a été détéctée un peu au-dessous de la valeur expérimentale, en stabilisant des flammes par un allumage de gaz chauds. Finalement, la structure de flamme a été comparée pour les trois carburants et a montré que les différences observées sont principalement dues aux propriétés d'évaporation qui impactent directement le champ thermique et le régime de flamme.
Jury :
A. Vié – EM2C – Rapporteur
D.J.E.M Roekaerts – TU Delft – Rapporteur
N. Swaminathan – University of Cambridge – Examinateur
A. Andreini – University of Florence – Examinateur
A. Vincent-Randonnier – ONERA – Examinateur
G. Exilard – Safran Helicopter Engines – Invité
P. Le Clercq- DLR Stuttgart – Invité
B. Cuenot – CERFACS – Directrice de thèse
E. Riber – CERFACS – Co-directrice de thèse

L'AGENDA

Vendredi

24

Mai

2024

🎓Soutenance de Thèse : Théo DEFONTAINE

Vendredi 24 mai 2024Du 10h00 à 13h00

  Thèses Cerfacs       JCA room, Cerfacs, Toulouse, France    

Lundi

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Mai

2024

🎓 Soutenance de Thèse : Thibault GIOUD

Lundi 27 mai 2024Du 14h00 à 18h00

  Thèses Cerfacs       Cerfacs, Toulouse, France    

Jeudi

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Mai

2024

JOURNÉE des DOCTORANTS du Cerfacs (JDD2024@Cerfacs) : 30/05/2024

Jeudi 30 mai 2024Du 9h00 à 17h00

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