Modélisation eulérienne de la phase dispersée dans les moteurs à propergol solide, avec prise en compte de la pression particulaire

Eulerian modeling of the dispersed phase in solid rocket motors, including a particulate pressure term

• Auteur / Autrice : Marine Simoes
• Direction : Olivier Simonin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Jury : Président / Présidente : Gérard Lavergne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Richard Saurel, Patrick Della Pieta
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marc Hérard, Frédéric Plourde

Mots clés

Mots clés contrôlés

Véhicules spatiaux -- Propulsion

Propergols solides

Simulation par ordinateur

Modèles mathématiques

Écoulement diphasique

Mots clés libres

Écoulement gaz-particules

Oscillations de pression

Résumé

Une modélisation précise des écoulements gaz-particules réactifs instationnaires rencontrés dans les moteurs à propergol solide d'Ariane 5 est indispensable pour expliquer et prédire le comportement du moteur lors de son fonctionnement. En particulier, la présence d'une phase dispersée, même inerte, influe fortement sur les amplitudes des potentielles oscillations de pression créées par le moteur. Dans ce but, une approche originale de modélisation, qui prend en compte de façon simple la variance de vitesse de la phase dispersée, est proposée. Deux modèles diphasiques eulériens avec pression particulaire, à niveau de sophistication variable, ont ainsi été écrits et implantés dans un code de mécanique des fluides. Diverses simulations numériques ont été réalisées, elles montrent une amélioration évidente des résultats obtenus, notamment l'élimination des accumulations non physiques de particules qui traduisent un défaut caractéristique des modèles eulériens sans pression particulaire.

An accurate modeling of compressible reactive dispersed two-phase flows is needed to correctly predict steady or unsteady behavior of a solid rocket motor such as Ariane 5. Indeed, the dispersed phase plays an essential role to explain pressure oscillations levels, which may occur during fire. Therefore, we have developed an advanced Eulerian modeling, accounting for the particulate velocity variance, in a simple way. Two models with a particulate pressure term, with different complexity levels, have been written and implemented in a CFD code. Some numerical simulations have been achieved and results obtained are clearly improved. In particular unrealistic accumulations of particles, which point out a well-known flaw of the Eulerian models without particulate pressure term, are shown to disappear.