Simulation numérique directe des écoulements liquide-gaz avec évaporation : application à l'atomisation

Direct numerical simulation of evaporating two-phase flows : focus on atomisation

• Auteur / Autrice : Benjamin Duret
• Direction : François-Xavier Demoulin, Julien Reveillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Energétique
• Date : Soutenance le 17/10/2013
• Etablissement(s) : Rouen, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Marc Massot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Le Touzé, Sébastien Tanguy, Roland Borghi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Estivalèzes, Mikhael Gorokhovski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Évaporation

Pulvérisation

Simulation par ordinateur

Écoulement diphasique

Mots clés libres

Diphasique

Atomisation

Simulation numérique

Évaporation

DNS

Modélisation

Turbulence

Suivi d'interface

Atomization

Résumé

Le but de cette thèse est d'étudier numériquement les écoulements diphasiques liquide-gaz à l'aide d'une méthode de suivi d'interface précise. Tout d'abord, nous mettons en place une configuration turbulence homogène isotrope diphasique. Cette configuration est utilisée pour étudier la turbulence liquide-gaz ainsi que le modèle ELSA. A l'aide de la simulation présentée il a été possible de déterminer les constantes de modélisation et de valider les termes sources utilisés dans la zone dense du spray. Ensuite, le phénomène d'évaporation est étudié en utilisant dans un premier temps un scalaire passif puis en utilisant un formalisme DNS d'évaporation. Les équations d'énergie et des espèces ont été ajoutées dans le code ARCHER. La validation de la DNS d'évaporation a été réalisée en comparant nos résultats aux solutions théoriques, tel que la loi du D2. Les limitations et les apports de cette approche sont finalement discutés et des perspectives d'améliorations sont proposées.

The aim of this thesis is to study numerically two phase flow using accurate interface tracking method. First, a two phase flow homogeneous isotropic turbulence is performed. This numerical configuration is used to study two phase flows turbulence and the ELSA model used in primary atomization modelling. Based on these results, modelling constants and source terms have been determined and validated. Then the evaporation process is studied and modelized by using a passive scalar and then by using a DNS formalism. Energy and species equations are added in the ARCHER code. Validation of the DNS performed by comparing the DNS results with theorical solution, such as the D2 law. Finally, limitations and interests of this approach are discussed and further improvements are proposed.