Thèse soutenue

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Auteur / Autrice : Fernando Oliveira de Andrade
Direction : Luis Fernando Figueira da SilvaArnaud Mura
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Energétique, thermique, combustion
Date : Soutenance en 2009
Etablissement(s) : Poitiers en cotutelle avec Pontifícia universidade católica (Rio de Janeiro, Brésil)

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Un modèle numérique hybride SGE-PDF est développé pour réaliser des simulations numériques instationnaires « Low Mach Number » d'écoulements turbulents réactifs. Les équations de transport pour la masse, la quantité de mouvement et les quantités scalaires sont résolues dans le cadre de l'approche SGE (Simulation des Grandes Echelles). La turbulence est modélisée par le biais d'une fermeture classique de type Smagorinsky-Lilly et les taux de production chimique sont, dans un premier temps, représentés par le biais de lois d'Arrhenius mono-étapes. Du point de vue numérique, les équations de transport sont discrétisées par le biais de schémas précis au second ordre mis en œuvre sur des maillages cartésiens dans le cadre d’une approche de type volumes finis. Les effets de la turbulence de sous-maille sur la combustion sont traités par le biais d'une résolution lagrangienne de la fonction densité de probabilité (ou PDF pour Probability Density Function) de sous-maille. La résolution correspondante repose sur l'emploi d'une méthode de Monte Carlo : des équations différentielles stochastiques (EDS) équivalentes aux équations de Fokker-Planck sont résolues pour la variable de progrès de la réaction chimique. Les résolutions eulériennes (LES) et lagrangiennes (PDF) sont effectuées simultanément : le champ de vitesse, les fréquences caractéristiques du mélange turbulent ainsi que les coefficients d'échange sont fournis par la résolution LES alors que la considération de la PDF scalaire permet d'évaluer les taux de production de sous-maille. Le nombre de particules stochastiques requis pour évaluer, avec une précision suffisante, la PDF de sous-maille , a nécessité la parallélisation du solveur lagrangien permettant ainsi d'étudier plus précisement l'influence du maillage. Enfin, le modèle complet est utilisé pour simuler un cas test expérimental qui consiste en une flamme CH4-air qui s'établit entre un courant prémélangé pauvre de richesse 0. 8 et un courant de gaz brûlés (flamme pilote). Une comparaison détaillée est effectuée entre les données expérimentales disponibles et les résultats des simulations.