Modélisation cinétique et simulation numérique d'un brouillard dense de gouttelettes : application aux propulseurs à poudre

par Jouke Jan Hylkema

Thèse de doctorat en Mathématiques appliquées

Sous la direction de Daniel Kalfon et de Philippe Villedieu.


  • Résumé

    Pour améliorer les performances des propulseurs à poudre des fusées, des particules d'aluminium sont ajoutées au combustible. Pendant la combustion, l'aluminium est libéré du combustible et éjecté avec le flux gazeux sous forme de gouttelettes d'alumine liquide. Les expériences ont montré que dans le propulseur à poudre P230, une grande quantité d'alumine restait piégée dans le moteur, ce qui dégrade ses performances. Des recherches plus poussées ont démontré que la distribution de la taille des gouttes influait fortement sur la quantité des de��pôts formés. Deux expériences distinctes ont mesuré cette distribution, à la surface du combustible (SNPE), ainsi qu'à la sortie d'un propulseur à échelle réduite (ONERA). La SNPE a détecté une grande quantité de petites gouttes (80% < 10 µm), au contraire de l'ONERA qui a mesuré une grande majorité de grosses gouttes (95% > 10 µm). De plus, un calcul grossier des ordres de grandeur montre que la fréquence moyenne de collision entre gouttes d'alumine à l'intérieur du propulseur est loin d'être négligeable, ce qui justifie l'idée que les phénomènes de coalescence et d'éclatement puissent jouer un grand rôle dans la formation de dépôts. L'objet de cette thèse consiste en la modélisation des phénomènes de coalescence et d'éclatement, ainsi qu'en le développement d'outils numériques efficaces pour simuler cet écoulement diphasique complexe, dans le but de quantifier l'influence des intéractions goutte-goutte sur la formation de dépôts, ainsi que d'expliquer les différences de résultats des expériences mentionnées ci-dessus. En imposant de multiples hypothèses de simplification, un modèle cinétique de collision a été élaboré. En se basant sur les méthodes existantes pour la résolution des équations de Boltzmann, nous avons développé et validé un algorithme stochastique. Cet algorithme a ensuite été implémenté dans un code CFD lagrangien, et de nombreux calculs ont été effectués, à la fois sur la maquette LP2, ainsi que sur le propulseur de taille réelle P230.

  • Titre traduit

    Kinetic modeling and numerical simulation of a dense liquid spray : applied to a solid rocket booster


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Informations

  • Détails : 1 vol. (191 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 173-177

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : ISAE-SUPAERO Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace. Service documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 1999/266 HYL
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