Simulation aux grandes échelles de l'écoulement dans un chambre de combustion en forme de marche descendante

Large eddy simulation in a backward-facing step combustor

• Auteur / Autrice : Raphaël Courtois
• Direction : Denis Veynante
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Flamme

Technique de la combustion

Combustion

Mots clés libres

Simulation aux grandes échelles

Combustion prémélangée

Résumé

Cette thèse est consacrée à la simulation aux grandes échelles (SGE) de l’écoulement dans une chambre de combustion en forme de marche descendante. Cette technique de simulation rend possible l’étude des phénomènes instationnaires et permet en particulier d’analyses le couplage entre la dynamique du front de flamme et l’écoulement. Dans le cadre de cette thèse, la chambre d’expérimentale en forme de marche descendante appelée chambre A3C a été choisie comme cas test. Cette chambre a en effet été l’objet, au laboratoire LAERTE de l’ONERA, de nombreuses mesures qui ont permis d’établir une base de données expérimentales fournie en champs moyens de température et de vitesse. Ces résultats expérimentaux servent de référence pour les calculs numériques effectués au cours de cette thèse. Les phénomènes instationnaires mis en évidence dans les calculs font aussi l’objet d’une analyse. Le code de calcul utilisé est le code AVBP développé au CERFACS. Dans un premier temps, notre étude a porté sur le cas simplifié de l’écoulement non réactif. Des calculs bidimensionnels ont d’abord été réalisés dans le cadre d’une prise en main du code AVBP. Une série de tests a ensuite été menée de façon à valider le code dans le cas de calculs tridimensionnels, plus réalistes. Dans un second temps, la combustion a été prise en compte grâce à un modèle de flamme épaissie. Une série de calculs bidimensionnels a d’abord été menée afin d’évaluer la fiabilité de test de calculs. Des calculs tridimensionnels ont ensuite été réalisés de façon à prendre totalement en compte l’influence de la turbulence sur le front de flamme. Ces calculs tridimensionnels sont très coûteux et leur intérêt est donc discuté.

The large Eddy Simulation (LES) has been used ti simulate the flow in a backward facing step combustor. The LES allows to investigate the unsteady phenomena and, in particular, the interaction of the flame with the flow. The use of LES for reacting flows is recent because is started in the middle of ninety’s. For that reason many validation studies continue to be undertaken. In this thesis, the experimental backward facing step chamber, named A3C, has been chosen. Many measurements have been carried out in the LAERTE (ONERA) and have given rise to important data basis in mean temperature (DRASC) and mean velocity (LDV). These results are compared with our LES simulations. The unsteady phenomena appearing in the simulations are also analysed. The AVBP code developed by the CERFACS has been used for these simulations. Initially, our study concerned the simplified case of non reactive flow. Twodimensional simulations have been first carried out to learn the use and the behaviour of the AVBP code. Then, more realistic tridimensional calculations have been carried out in order to validate the code. In a second time, the combustion has been introduced by the means of the thiskened flame model. Twodimensional simulations have been first undertaken in order to evaluate the reliability of such calculations. Then, tridimensional simulations have been achieved in order to take into account the influence of the tridimensional turbulence in front flame. These tridimensional simulationshave a very high coast and their interest is discussed.