Simulation numérique de l'ablation liquide

par Lucas Tallois

Projet de thèse en Dynamique des fluides

Sous la direction de Philippe Villedieu et de Simon Peluchon.

Thèses en préparation à Toulouse, INSA , dans le cadre de École doctorale Aéronautique-Astronautique , en partenariat avec IMT : Institut de Mathématiques de Toulouse (laboratoire) depuis le 01-10-2020 .


  • Résumé

    Lors de sa rentrée dans l'atmosphère d'une planète, un engin spatial subit un échauffement important dû aux frottements des gaz atmosphériques sur la paroi. Cette élévation de température conduit à une dégradation physico-chimique du bouclier thermique de l'objet constitué de matériaux composites. Un composite est constitué de divers matériaux qui s'ablatent différemment : les fibres de carbone qui assurent la tenue mécanique vont se sublimer tandis que la résine permettant la cohésion de la structure va se liquéfier. On peut ainsi observer à la surface du bouclier la formation de rugosités dans lesquelles s'écoulent la résine liquide ainsi que les gaz atmosphériques. La dynamique de ces écoulements de type diphasique peut être complexe. La problématique de l'ablation liquide étudiée dans cette thèse est riche et les problèmes numériques sont nombreux de par la diversité des phénomènes physiques à traiter. En toute généralité, il est a priori nécessaire de considérer des écoulements hypersoniques tridimensionnels autour d'un corps de rentrée dans sa globalité, mais aussi de s'intéresser aux écoulements de proche paroi, ainsi qu'à l'interaction de l'écoulement avec le corps de rentrée au travers de sa paroi où les phénomènes de fusion et de sublimation ont lieu. De plus, la résolution de la thermique dans la partie solide sur des maillages mobiles pouvant se déchirer au niveau de l'interface entre les différents matériaux est nécessaire.

  • Titre traduit

    Numerical simulation of liquid ablation


  • Résumé

    When re-entering the atmosphere of a planet, a spacecraft experiences significant heating due to the friction of atmospheric gases against the wall. This rise in temperature leads to a physicochemical degradation of the heat shield of the object made of composite materials. A composite is made up of various materials that ablate differently: the carbon fibers that provide mechanical strength will sublimate while the resin allowing the cohesion of the structure will liquefy. It is thus possible to observe on the surface of the shield the formation of roughness in which the liquid resin and atmospheric gases flow. The dynamics of these two-phase flows can be complex. The problematic of liquid ablation studied in this thesis is rich and the numerical problems are numerous due to the diversity of the physical phenomena to be treated. In general terms, it is a priori necessary to consider three-dimensional hypersonic flows around a reentry body as a whole, but also to be interested in near-wall flows, as well as the interaction of the flow with the reentry body through its wall where the phenomena of fusion and sublimation take place. In addition, the resolution of the thermal in the solid part on mobile meshes that can tear at the interface between different materials is necessary.