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Soutenance de Thèse : Varun SHASTRY :  » Simulation de la combustion multicomposant diphasique dans les moteurs aéronautiques « 

  Mercredi 2 mars 2022 à 14h00

  Thèses Cerfacs       Salle de Conférence Jean-Claude ANDRÉ, CERFACS, Toulouse    

lien you tube : https://youtu.be/hSkOeoPEe8s

Résumé :

La plupart des combustibles utilisés pour la propulsion sont aujourd'hui sous forme liquide et vont le rester jusqu'à la maturité des nouvelles technologies énergétiques. Pendant cette phase de transition l'utilisation des Carburants Aéronautiques Renouvelables (SAF en anglais) mélangés aux carburants existants ou purs est une solution attractive. Le comportement de ces carburants dans les chambres de combustion dans des conditions opérationnelles n'est, à l'heure actuelle, pas complètement compris. Les turbines à gaz fonctionnent à haute pression et avec des mélanges pauvres en combustible d'atteindre leurs objectifs d'émission, ce qui les rend susceptibles de générer des oscillations thermo-acoustiques, ajoutant un autre niveau de complexité à leur étude. La Simulation aux Grandes Échelles (SGE) s'est montrée très utile pour modéliser et comprendre les mécanismes complexes et leurs interactions dans les flammes turbulentes. Cette thèse se concentre sur la modélisation et la simulation de flammes diphasiques de carburant complexe dans des systèmes réalistes.

Dans une première partie, l'évaporation multi-composants d'un carburant liquide est etudiee. Les carburants réalistes se composent en effect de centaines d'espèces chimiques ayant chacune des caractéristiques de vaporisation différentes. Le modèle d'évaporation d'Abramzon-Sirignano implémenté dans le solveur AVBP est étendu pour prendre en compte la composition multi-composants du combustible. Des comparaisons avec des précédentes études expérimentales et numériques montrent que la présente implémentation est en bon accord avec celles-ci et est capable de capturer l'évaporation préférentielle des carburants multi-composants.

Dans une deuxième étape, le modèle d'évaporation multi-composants est utilisé dans une flamme laminaire 1D diphasique canonique. Un carburant aéronautique représenté par un modèle à 3 composants couplé à une Chimie Analytiquement Réduite (Analytically Reduced Chemistry ou ARC en anglais) est utilisé afin d'étudier l'effet de la taille de goutte, de la richesse et de la vitesse relative sur la structure des flammes diphasiques. La cohérence des corrélations développées pour estimer la vitesse de flamme diphasique avec les expériences numériques indique que des paramètres physiques pertinents ont été choisis pour décrire la propagation de ces flammes.

Dans une troisième partie, des flammes diphasiques swirlées multi-composants sont simulées dans la configuration grande échelle LOTAR mesurée à l'ONERA Fauga. Une description multi-composants d'un spray de carburant aéronautique conventionnel et de carburant renouvelable couplée avec un modèle de combustion turbulente et une description complexe de la chimie sont utilisés pour réaliser et analyser les SGE. Les effets du carburant sur la structure de flamme et les régimes de combustion sont discutés.

Enfin, la réponse acoustique forcée de la flamme diphasique dans cette configuration est étudiée. La fonction de transfert de flamme extraite de la simulation est en bon accord avec les tendances expérimentales. La variation du schéma d'injection pour simuler l'effet du forçage sur la distribution des gouttes montre un changement dans la réponse de la flamme. La réponse forcée de la flamme multi-composants diphasique montre l'impact de la description du carburant sur la réponse thermo-acoustique du système.

Jury :

Benoît Fiorina EM2C, CentralSupelec Reviewer
J.B.W. Kok University of Twente Reviewer
Nicolas Bertier ONERA Member
Steffanno Puggelli Safran Member
Laurent Gicquel CERFACS Invited Member
Bénédicte Cuenot CERFACS Supervisor
Eleonore Riber CERFACS Co-Supervisor

 

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