Etude numérique des transferts conjugués paroi-fluide d'un écoulement e fluide compressible dans une tuyère

Numerical study of wall-fluid conjugate heat transfer of a compressible fluid flow in nozzle

• Auteur / Autrice : Jing Deng
• Direction : Michel Imbert, Saïd Abboudi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des Fluides
• Date : Soutenance le 24/11/2011
• Etablissement(s) : Belfort-Montbéliard
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Systèmes et Transports
• Jury : Président / Présidente : Brahim Sarh
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Imbert, Saïd Abboudi, Brahim Sarh, Eric Daniel, Abderrahmane Nebbache
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Daniel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Compressibilité

Mots clés libres

Transferts conjugués

Micro

Tuyère

Analyse de performance

Paroi-fluide

Fluide compressible

Ecoulement supersonique

Couplage thermique et thermomécanique

MacCormack

Différences finies

Conjugate heat transfer

Micro

Nozzle

Performance analysis

Wall-flow

Compressible fluid

Supersonic flow

Coupling of heat transfer and thermomechanical

MacCormack

Finite difference

Résumé

Ce travail de thèse concerne l’étude des écoulements de fluides gazeux compressibles laminaires subsonique-supersonique dans une tuyère de type convergent-divergent. Les écoulements étudiés sont à nombres de Reynolds modérés et s’affranchissent de l’hypothèse de condition adiabatique de paroi couramment utilisée afin de mieux prendre en compte les phénomènes de transfert de chaleur par convection et rayonnement avec le milieu extérieur. Cette étude des phénomènes de transferts conjugués a permis de déterminer le comportement dynamique simultané du fluide et de la paroi de la tuyère. Enfin, compte tenu des niveaux élevés de températures mis en jeu dans ces systèmes, une analyse concernant le comportement thermomécanique de l’ensemble de la structure de paroi avec des matériaux monocouches et multicouches a été réalisé. De nombreuses configurations géométriques, propriétés physiques et conditions aux limites sur le fluide et la paroi ont été analysées. Les résultats présentés montrent, la structure des écoulements à travers les iso-contours de vitesses, des nombres de Mach, des pressions dans le fluide, des températures dans le fluide et dans la paroi ainsi que les déformations et les contraintes de la paroi qui résultent des couplages thermomécaniques. Une analyse des performances de la tuyère, en termes de force de poussée et de coefficient de débit spécifique, est largement discutée dans ce travail.

This work concerns the study of flows of compressible gaseous laminar subsonic-supersonic nozzle in a convergent-divergent type. The flows are studied to moderate Reynolds numbers and free themselves from the assumption of adiabatic wall conditions commonly used to better take into account the phenomena of heat transfer by convection and radiation with the external environment. This study combined transfer phenomena was determined simultaneously the dynamic behavior of the fluid and the wall of the nozzle. Finally, given high levels of temperatures at stake in these systems, an analysis of the thermomechanical behavior of the entire wall structure with monolayer and multilayer materials was performed. Many geometric configurations, physical properties and boundary conditions on the fluid and the wall were analyzed. The results presented show the structure of the flow through the iso-contours of speed, Mach numbers, pressures in the fluid, temperatures in the fluid and in the wall as well as the deformations and stresses resulting from the wall thermomechanical couplings. A performance analysis of the nozzle, in terms of thrust coefficient and specific yield, is widely discussed in this work.