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Thèse soutenue

Phénomènes d'allumage d'un foyer de turbomachine en conditions de haute altitude

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Auteur / Autrice : Nicolas Garcia Rosa
Direction : Gérard Lavergne
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Énergétique et transferts
Date : Soutenance en 2008
Etablissement(s) : Toulouse, ISAE

Résumé

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L'allumage d'un foyer aérobie en conditions de haute altitude (basse pression, basse température d'air et de kérosène) est difficile à réaliser. Le domaine de rallumage en vol est à la fois un critère dimensionnant, imposant le volume de la chambre dès le stade d'avant-projet, et une exigence de certification du moteur. Le développement du domaine de vol des turbomachines aéronautiques repose sur l'amélioration des outils numériques de prévision des plages de stabilité des chambres de combustion. Les principaux enjeux de la modélisation de l'allumage résident dans son fort caractère instationnaire, dans une dynamique d'échelle importante et dans le couplage d'un grand nombre de phénomènes physiques. L'objectif de ce travail est de contribuer à l'amélioration et la validation de la méthodologie de simulation numérique de l'allumage d'un foyer de turbomachine. Des essais sont conduits dans un foyer académique avec de grands accès optiques, alimenté par un injecteur industriel. L'écoulement gazeux, puis diphasique avant et après l'allumage est caractérisé à l'aide de diagnostics optiques et de visualisations à haute cadence, en conditions ambiantes et à basse pression. Ces résultats sont comparés à des simulations numériques RANS conduites avec le code CEDRE de l’ONERA, et aux simulations LES réalisées par le CERFACS. En parallèle, le modèle de noyau diphasique d'allumage, proposé par les travaux précédents pour décrire les premiers instants de la propagation de la flamme, a été amélioré et intégré au code CEDRE. Une étude paramétrique sur une configuration académique a été confrontée avec la littérature afin de proposer une première validation et d'améliorer la compréhension du phénomène. Son intégration dans la simulation numérique permet de sonder un écoulement à la recherche des positions optimales pour l'allumeur comme le montrent les premiers résultats obtenus par Turbomeca. Ce modèle permettra également l'introduction de points chauds réalistes pour l'étude détaillée de la propagation du noyau au reste du foyer. Ces premiers résultats constituent le début d'une base de données de référence pour l'étude de l'allumage dans des conditions réalistes.