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Thèse soutenue

Étude du comportement de gouttes dans un champ acoustique intense : applications aux instabilités de combustion HF dans les moteurs-fusées

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Auteur / Autrice : Olivier Boisneau
Direction : Gérard Lavergne
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Dynamique des fluides
Date : Soutenance en 2003
Etablissement(s) : Toulouse, ENSAE

Résumé

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Pour certaines conditions de fonctionnement, des instabilités de combustion hautes fréquences (HF) se développent dans les chambres de combustion des moteurs-fusées à ergols liquides. Celles-ci se présentent sous la forme d’ondes acoustiques et peuvent provoquer la destruction du lanceur. Un montage expérimental a été mis au point afin d'améliorer les connaissances concernant les trajectoires, la pulvérisation secondaire et l’évaporation d’un jet de gouttes monodisperses en présence d’un champ acoustique transverse intense. Une solution analytique de l'équation du mouvement de Stokes permet d’expliquer la forme sinusoïdale du jet. Cependant, pour simuler sa dispersion réelle, il est nécessaire de résoudre l'équation de Basset-Boussinesq et Oseen en tenant compte de tous les termes instationnaires. Des variations de hauteur entre les gouttes ainsi que des amas ont aussi été observés. Les simulations numériques montrent que les pertes acoustiques au niveau de l’orifice d’entrée des gouttes dans le montage en sont à l'origine. La pulvérisation secondaire des gouttes a été observée à partir d’un champ acoustique de 150 dB et pour des nombres de Weber faibles (We≈1). Les premiers résultats obtenus par PLIF concernant la répartition de vapeur autour du train de gouttes sont ensuite présentés. Enfin, un code numérique rend compte d’une accélération de l’évaporation dans un champ acoustique transverse par rapport à celles dans un champ longitudinal ou dans un écoulement stationnaire. De plus, le code montre que les effets sur l'évaporation ne commencent qu’à partir de 150 dB.