Modélisation de l'évaporation de gouttes multicomposants

• Auteur / Autrice : Virginel Bodoc
• Direction : Gérard Lavergne, Olivier Rouzaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique et transferts
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Gouttes

Évaporation

Mots clés libres

évaporation multi-composant

Arc-en-ciel global

Granulométrie à phase Doppler

Simulation numérique de type RANS

Simulation numérique à grande échelle

Résumé

L’objectif de cette thèse a été d’étudier l’évaporation d’un brouillard multi-composant à l’aide d’approches expérimentale et numérique. Deux axes de recherche ont été privilégiés. Une base de données expérimentales a tout d’abord été créée en utilisant différentes techniques optiques de mesure. Une attention particulière a été accordée à la technique Arc-en-Ciel Global (ACG), utilisée pour la mesure de la température des gouttes. Ensuite des simulations numériques ont été réalisées pour des brouillards mono et bi-composant en évaporation. Dans la première phase de cette recherche, les investigations expérimentales et numériques ont été conduites pour un brouillard polydisperse, non-confiné et en refroidissement. Cette configuration offre l’avantage de pouvoir étudier l’évaporation sous une faible influence de la phase gazeuse. Pour un liquide bicomposant, l’effet de la variation de concentration sur les mesures ACG a été analysé à l’aide d’un couplage entre la technique expérimentale et la simulation numérique. Après avoir validé les modèles d’évaporation sur le brouillard non-confiné, une configuration plus complexe se rapprochant des conditions réelles d’une chambre de combustion a été étudiée (montage IMFT). En ce qui concerne la simulation numérique, la phase gazeuse a été caractérisée en utilisant une approche de type LES. La phase dispersée constituée des gouttes mono-composant est prise en compte dans le calcul. La nature très instationnaire de l’écoulement diphasique a été mise en évidence. La comparaison entre l’expérience et la simulation numérique a permis d’évaluer l’intérêt de la technique ACG pour la mesure de la température des gouttes.

The objective of this thesis was to study the vaporization of a multicomponent spray with both experimental and numerical approaches. To achieve this objective, the effort was guided in two directions. Firstly, an experimental database has been created using different optical measurement techniques. A special attention was focused onto the application of Global Rainbow Refractometry (GRR), used for the measurement of droplets temperature. Secondly, numerical simulations were performed for mono and bi-component sprays in evaporation. In the first part of this study, experimental and numerical tests were carried out on a polydisperse nonconfined and cooling spray. This configuration was adopted because it allows the study of the vaporization with a reduced influence from the gaseous phase. For a bi-component liquid, the effect of the composition variation on the GRR measurements was analysed within a coupling between the experimental technique and the numerical simulation. In the second part, experimental investigations and numerical simulation were performed for a more complex configuration that consists in a spray evolving in a heated and confined medium. The gaseous phase was computed with a LES approach while the dispersed phase, always mono-component, was solved with a Lagrangian tracking approach. The unsteady nature of the flow was demonstrated and the interest of the GRR technique for the droplets temperature measurement was proved.