Simulation des grandes echelles de l'ecoulement instationnaire turbulent dans une tuyere 3d transsonique

• Auteur / Autrice : LAURE COQUART
• Direction : Loc Ta Phuoc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Cette these porte sur la simulation numerique d'un ecoulement interne compressible, instationnaire et turbulent a l'aide de la simulation des grandes echelles (sge). Dans cette approche, les grandes echelles energetiques et instationnaires de l'ecoulement sont calculees, tandis que les petites echelles sont modelisees. L'objectif de ce travail, realise en collaboration avec le consortium industrie-recherche dans les turbomachines (cirt) et le lemfi, est d'analyser les potentialites de la sge pour le calcul d'ecoulements confines en geometrie 3d en vue d'applications aux turbomachines. Le cas d'etude retenu pour la validation de la methodologie est l'ecoulement dans une tuyere 3d transsonique pour lequel il existe de nombreux resultats statistiques (lemfi) et experimentaux (onera). La tuyere est caracterisee par une bosse en fleche sur la paroi basse generatrice d'effets 3d. L'ecoulement, sans rotation, presente cependant les phenomenes physiques complexes d'interaction onde de choc/couche limite et de large decollement, comme ceux rencontres au sein des turbomachines. La sge est obtenue a partir d'un modele de sous maille d'echelles mixtes developpe au limsi-cnrs. La discretisation temporelle des equations est realisee par un schema de runge-kutta explicite d'ordre deux. Les flux euler sont discretises par un schema tvd d'harten-yee d'ordre deux tandis que les flux visqueux le sont par un schema centre. La sge a permis d'obtenir des informations instationnaires sur l'ecoulement, et de mettre en evidence la formation et le lacher de tourbillons dans la tuyere. La solution instationnaire est differente de la solution stationnaire rans obtenue avec une modelisation statistique classique et montre l'oscillation du choc et la destabilisation du decollement au cours du temps. Les resultats de la sge obtenus sur le nombre de mach isentropique, les profils de la vitesse moyenne et les tensions de reynolds sont discutes et compares aux resultats experimentaux (onera) et statistiques, obtenus avec le modele de launder-shima (lemfi). Le bilan de l'energie cinetique turbulente (k) est analyse et compare a celui donne par la modelisation statistique, dans le decollement. Les resultats de la sge montrent des differences notables avec les resultats statistiques dans le cur de la tuyere : les termes de fluctuations de pression importants mesures dans le choc sont pris en compte par la sge.