Simulation aux échelles de la combustion avec prise en compte du rayonnement thermique

Large Eddy simulations of turbulent combustion including radiative heat transfer

• Auteur / Autrice : Rogério Goncalves Dos santos
• Direction : Denis Veynante
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Combustion

Turbulence

Mots clés libres

LES (Large Eddy Simulation)

Simulation aux grandes échelles

Couplage de code

Résumé

La combustion est actuellement l’un des principaux moyens de convertir l’énergie. Elle reste cependant un phénomène complexe, où des écoulements turbulents, des réactions chimiques, la présence de plusieurs phases et différentes formes de transfert de chaleur peuvent interagir. Mieux comprendre ces interactions est essentiel pour l’amélioration des systèmes actuels de combustion et dans le développement de leurs successeurs. Le but de cette thèse est d’étudier l’interaction entre la combustion turbulente et le rayonnement thermique à l’aide de la simulation numérique en trois dimensions. Pour cela nous utilisons un outil informatique appelé CORBA pour faire communiquer un code dédié à la simulation aux grandes échelles (ou LES, pour Large Eddy Simulation en anglais) de la combustion avec un autre code qui calcule le rayonnement thermique. Cette technique permet l’échange de données entre les codes sans modifier les caractéristiques et la structure de chacun de ces codes. De plus il possible de profiter des temps caractéristiques différents de chaque phénomène physique pour optimiser les calculs sur des calculateurs à architecture massivement parallèle. Dans un premier temps, des simulations bidimensionnelles d’une flamme turbulente prémélangée propane/air stabilisée en aval d’un dièdre ont été réalisées. Après le changement du code de rayonnement pour un code tridimensionnel, la même configuration, du dièdre, a été simulée en 3D. Un maillage avec plus de 4. 7 millions de cellules pour le code de combustion (AVBP) et un autre avec plus de 3. 3 millions de cellules pour le code de rayonnement (DOMASIUM) ont été utilisés. Les résultats montre un changement dans les champs

The combustion is one of the principal ways to produced energy used nowadays, it is also a complex phenomenon, where the turbulent flow, chemical reactions, different phases and different heat transfer phenomena can interact. Better understanding of these interactions is essential to improve the actual combustion system and to developed the new ones. The goal of this thesis is to study the interaction of the turbulent combustion with the thermal radiation by the use of three-dimensional numerical simulation. For that, using a computational tool named CORBA, a code for the combustion Large Eddy Simulation (LES) was coupled with a radiative heat transfer code. This technique allows the exchange of information between the two codes without big changes in their structure, then it is possible to take advantages of the different characteristic time from each phenomenon in a high performance parallel computational environment. In a first time, two-dimensional simulation of a turbulent propane/air premixed flame stabilized downstream a triangular flame holder has been realised. After the changing of the twodimensional radiation code for another three-dimensional one, the same configuration was simulated in 3D. A mesh with more than 4. 7 millions cells for the combustion code (AVBP) and more than 3. 3 millions cells for the radiation code (DOMASIUM) are used. Results show a changing in the temperature and species fields, as well as in the flame dynamics when the thermal radiation was taken into account, with a minor intensity in the three-dimensional simulations. This method, also, shows that it is possible to perform 3D complex simulations in a industrial acceptable time.