Simulation des grandes échelles de la combustion turbulente avec chimie détaillée tabulée

Large eddy simulation of turbulent combustion with detailed tabulated chemistry

• Auteur / Autrice : Alexandre Naudin
• Direction : Pascale Domingo, Luc Vervisch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 10/11/2008
• Etablissement(s) : Rouen, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Vervisch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation des grandes échelles

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Modélisation de la combustion turbulente

Chimie tabulée‎

Ecoulements en giration

Raffinement de maillage

Turbulent combustion

Large Eddy Simulation

Detailed tabulated chemistry

Résumé

L'objectif est d'étudier un modèle de combustion turbulente pour la simulation des grandes échelles (LES), combinant des fonctions de densité de probabilité pour la turbulence (PCM) avec une tabulation chimique détaillée (FPI). La méthode PCM-FPI est validée dans le code de calcul AVBP avec des flammes laminaires de prémélange Méthane/air et une cinétique détaillée. Son couplage optimal est obtenu par la fermeture des taux de réaction des espèces, tabulés ou recombinés. La problématique de réduction du nombres d'espèces est résolue par une sélection basée sur des critères massique, calorifique et énergétique. La phénoménologie des écoulements non-réactifs en giration présentée ensuite permet d'introduire une méthode de raffinement de maillage, ainsi qu'une estimation de la convergence axisymétrique. Enfin, PCM-PFI est validée avec des simulations de configurations académiques de combustion prémélangée turbulente : deux écoulements en giration et l'auto-inflammation d'un jet d'hydrogène.

The objective is to study a turbulent combustion model for Large Eddy Simulation (LES), combining Probability Density Functions for turbulence (PCM) with a detailed tabulated chemistry (FPI). The PCM-FPI method is then validated with AVBP solver on premixed laminar flames of Methane/air with detailde kinetics. Optimum coupling is obtained with reaction rate closure of the transported species than can be directly tabulated or recombined: that is why a reduction of the number of the species is needed, by using a selection method based on mass, calorific and energy-based criteria. A phenomenological study of no-reactive turbulent swirling flow is then presented: a mesh refinement method as well as an axi-symetric convergence estimation are introduced subsequently. PCM-FPI model is finally validated on academic simulations of premixed combustion: two swirling flows and the auto-ignition of hydrogen jet.