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Thèse soutenue

Simulation des grandes échelles d'écoulements dans les canaux de refroidissement de moteur fusée

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Auteur / Autrice : Martin Salinas Vazquez
Direction : Olivier Métais
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des fluides et transferts
Date : Soutenance en 1999
Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

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On presente des resultats de simulation des grandes echelles appliquee aux ecoulements turbulents compressibles sur une paroi chauffee. On se concentre principalement sur les ecoulements dans les conduits de section carree ou rectangulaire. On considere successivement le cas ou les quatre parois du conduit sont a la meme temperature et le cas ou une temperature plus elevee est imposee sur l'une des parois. De facon a pouvoir simuler ces ecoulements en conduit avec fort flux de chaleur, le travail a tout d'abord consiste en le developpement d'un code de calcul simulant les equations de navier-stokes compressibles tridimensionnelles base sur des coordonnees curvilignes dans les trois directions d'espace. Une des caracteristiques de l'ecoulement moyen dans les conduits carres ou rectangulaires est l'apparition de flux secondaire correspondant a une vitesse moyenne transverse a l'ecoulement de base. Meme si l'intensite de ces flux reste faible, ces derniers jouent un role primordial dans la dynamique de l'ecoulement. On observe egalement sur les contraintes de reynolds une dissymetrie sur les contraintes normales et la generation de contraintes tangentielles secondaires. L'imposition du chauffage a une forte influence sur les mecanismes d'ejections a partir de la paroi chauffee. De forts flux secondaires sont associes a un transport de fluide froid du centre du canal vers la paroi chauffee qui, par des mecanismes d'expansion, implique une intensification des ejections qui se concentrent au voisinage du plan median de la paroi chauffee. Les ejections sont associees a la formation de point d'inflexion generalise qui par instabilite donne naissance a des tourbillons en epingle a cheveux sont etires par l'ecoulement moyen et qui sont concentres autour du plan median. L'ejection transporte du fluide chaud vers le centre du conduit, tandis que les flux secondaires injectent eux, vers la paroi chaude, du fluide froid provenant de la partie centrale du conduit. L'interaction entre ces gaz a differentes temperatures est a l'origine d'importants phenomenes de transfert de chaleur. Finalement, on a fait une simulation des grandes echelles d'un conduit carre dans lequel l'ecoulement se developpe spatialement. La condition d'entree est generee par un calcul temporel, qui presente l'avantage d'une entree realiste possible avec des structures turbulentes developpees. Meme s'il existe encore certains problemes de conditions de frontiere, ce type de calculs nous a permis d'observer l'effet sur la turbulence d'un flux de chaleur qui est allume dans un endroit donne.