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🎓Soutenance de thèse Thomas NAESS

  Jeudi 31 octobre 2024Du 14h00 Ă  16h00

  Thèses Cerfacs       SALLE JCA, CERFACS, TOULOUSE, FRANCE    

Prédiction numérique de la production des oxides nitreux dans les flammes turbulentes et diphasiques via Simulation aux Grandes Échelles

https://youtube.com/live/PPNwManD3vs?feature=share

Le 21ème siècle est marqué par une utilisation abondande d'énergies fossiles contribuant directement au dérèglement climatique. Leur combustion augmente inoxérablement les concentrations de gaz à effet de serre et induit de la pollution de l'air.
En particulier, les consĂ©quences dĂ©lĂ©tères sur la santĂ© humaine et les Ă©cosystèmes causĂ©es par les oxydes d'azote (NOx), avec l'oxyde nitrique (NO) principalement formĂ©, ont menĂ© Ă  des rĂ©glementations de plus en plus strictes sur leurs Ă©missions. Par consĂ©quent, amĂ©liorer l'efficacitĂ© de la combustion afin de rĂ©duire les Ă©missions de polluants est un levier essentiel Ă  court et moyen termes. Les amĂ©liorations considĂ©rables des capacitĂ©s de calcul ont rendu la Simulation aux Grandes Échelles (SGE) de flammes diphasiques et turbulentes abordable, mĂŞme avec plusieurs espèces transportĂ©es. De ce fait, la simulation numĂ©rique des NOx semble prometteuse pour apprĂ©hender les processus de formation des polluants et fournir des prĂ©dictions quantitatives afin de concevoir les futurs moteurs aĂ©ronautiques Ă  faibles Ă©missions
de NOx.
Dans ce cadre, la prédiction des NOx repose sur des modèles cinétiques fiables décrivant l'oxydation du carburant et la chimie azotée. Cependant, comparée aux mesures récentes, une variabilité significative de la prédiction des NOx est observée parmi les mécanismes détaillés, notamment pour les carburants lourds. D'autre part, les mécanismes détaillés décrivent un nombre prohibitif d'espèces pour leur utilisation en SGE. Par conséquent, deux approches de prédiction des NOx sont évaluées et comparées : une approche de réduction analytique (ARC) et une prédiction hybride GRC/tabulée – nommée NOMAGT -, toutes deux combinées au modèle de flamme épaissie (TFLES). Deux ARCs décrivant l'oxydation de deux hydrocarbures et de la chimie NOx sont dérivées et minutieusement validées pour le n-heptane et n-décane. Les mécanismes ainsi dérivés ont prouvé une excellente précision dans les flammes laminaires canoniques, confirmant la stratégie de réduction. Puis, les chimies réduites sont employées dans des configurations turbulentes via la SGE pour évaluer leur capacité prédictive. D'abord, une simulation haute résolution de la configuration académique du Coria Rouen Spray Burner (CRSB), avec des mesures rares de NO dans le front de flamme, est effectuée. Même si les propriétés de flamme présentent des prédictions satisfaisantes, des divergences quantitatives du NO sont mises en évidence, bien que qualitativement similaires. Les résultats ont démontré l'importance de la cinétique du NO et en particulier des chemins prompt et thermique dans de telles flammes. Finalement, la méthodologie est appliquée à la chambre de combustion aéronautique 4si avec pour référence la prédiction de l'ARC. La stratégie NOMAGT a donc été dérivée pour prédire spécifiquement les niveaux de NOx de l'ARC et lui est comparée. Les résultats ont démontré la capacité de NOMAGT à prédire des niveaux satisfaisants de NO à moindre coût.

Jury

Ronan VicquelinEM2CRapporteur
Alessandro StagniPolitecnico di MilanoRapporteur
Nathalie LamoureuxPC2AExaminatrice
Frédéric GrischCORIAExaminateur
Bénédicte CuenotSafran Aircraft EnginesExaminatrice
Jean-Christophe JouhaudCERFACSDirecteur de thèse
Stéphane RichardSafran Helicopter EnginesInvité
Éléonore RiberCERFACSInvitée

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