Modélisation numérique et physique de couches de choc en régime hypersonique

Numerical and physical modelling of shock-layers in hypersonic flow

• Auteur / Autrice : Maria Vittoria Salvetti
• Direction : Alain Dervieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance en 1993
• Etablissement(s) : Nice
• Jury : Président / Présidente : Maurizio Pandolfi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Antoine Désidéri, Roger Peyret, Michel Rascle, Bruno Stoufflet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francesco Grasso, David Zeitoun

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Modèles mathématiques

Ondes de choc

Catalyse

Éléments finis, Méthode des

Volumes finis, Méthodes de

Résumé

Cette thèse traite de la simulation numérique et physique de couches de choc en régime hypersonique. Le mémoire est articulé en trois parties. Dans la première on s'intéresse aux écoulements hypersoniques non visqueux hors équilibre chimique. Après avoir présenté la modélisation mathématique du problème (chapitre 1), on décrit la méthode numérique adoptée (chapitre 2). L'approximation spatiale repose sur une formulation volumes finis et le schéma d'intégration en temps est implicite. La méthode est appliquée à la simulation numérique d'écoulements hypersoniques autour d'une géométrie de double-ellipse modélisant l'avant de la navette Hermès (chapitre 3). On s'intéresse ensuite à un problème de validation. En effet on analyse et on apporte une explication théorique a un paradoxe concernant la solution numérique d'écoulements non visqueux hors équilibre chimique dans un voisinage du point d'arrêt (chapitre 4). La deuxième partie est consacrée à l'étude des écoulements hypersoniques réactifs visqueux. Tout d'abord, on présente la modélisation mathématique et physique du problème (chapitre 5). On s'intéresse en particulier à la modélisation physique des termes de transport et des phénomènes de catalyse a la paroi. Ensuite, la méthode numérique décrite au deuxième chapitre est étendue au cas visqueux (chapitre 6). En particulier on présente la formulation éléments finis, qui permet la discrétisation spatiale des flux diffusifs et le schéma implicite d'intégration en temps. Une telle méthode est appliquée à la simulation numérique d'écoulements réactifs visqueux, dans des conditions voisines de celles de la rentrée atmosphérique d'un engin spatial. Les écoulements externes autour de géométries de double ellipse et de corps arrondi sont illustres et analyses au chapitre 7. La troisième partie enfin, constitue une étude préliminaire des écoulements hypersoniques réactifs hors équilibre thermodynamique. Après avoir présenté les équations régissant ces écoulements ainsi que la modélisation physique adoptée pour le terme de production de l’énergie vibrationnelle (chapitre 8), la méthode numérique est étendue au cas du déséquilibre vibrationnel (chapitre 9). On étudie en particulier différents algorithmes visant à améliorer la robustesse et l'efficacité du schéma de résolution, car la prise en compte du déséquilibre vibrationnel augmente sensiblement la raideur du problème. Les résultats obtenus pour des écoulements visqueux et non visqueux sont présentés et analyses au chapitre 10