Modélisation de la combustion turbulente pour la simulation aux grandes échelles de flammes non-adiabatiques stratifiées en richesse
Auteur / Autrice : | Renaud Mercier |
Direction : | Benoît Fiorina |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Energétique |
Date : | Soutenance le 04/09/2015 |
Etablissement(s) : | Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Châtenay-Malabry, Hauts de Seine) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne) |
Jury : | Président / Présidente : Simone Hochgreb |
Examinateurs / Examinatrices : Benoît Fiorina, Simone Hochgreb, Andreas Kempf, Luc Vervisch, Olivier Gicquel, Denis Veynante, Laurent Gicquel | |
Rapporteur / Rapporteuse : Andreas Kempf, Luc Vervisch |
Mots clés
Résumé
La conception des chambres de combustion industrielles (chambres de combustion aéronautiques, fours industriels, etc.) requiert une prédiction fine des phénomènes physiques dominants. En particulier, l’interaction flamme turbulence aux échelles résolues et non-résolues, l’impact de la composition et du mélange des réactifs, l’impact des pertes thermiques et de la diffusion différentielle doivent être capturés fidèlement. C’est dans ce contexte que le modèle de combustion turbulente F-TACLES (Filtered TAbulated Chemistryfor Large Eddy Simulation) a été développé afin de coupler une méthode de chimie tabulée (FPI) avec le formalisme de la simulation aux grandes échelles(LES).Dans cette thèse, le modèle F-TACLES, initialement développé pour des écoulements adiabatiques, est étendu à la prise en compte des pertes thermiques. Un formalisme adapté à l’utilisation de bases de chimie tabulée calculées avec la diffusion différentielle est aussi proposé. Ces développements sont validés sur deux configurations : le brûleur TSF et le brûleur SWB.La modélisation de l’interaction flamme-turbulence est ensuite étudiée. Une étude de sensibilité du modèle de plissement de sous-maille de Charlette et al. (2002) à ses paramètres et sous-modèles est réalisée sur le brûleur SWB.En particulier, une méthode d’estimation dynamique des paramètres est aussi évaluée et montre d’excellents résultats. Une généralisation du formalisme de la LES pour les écoulements réactifs est ensuite proposée afin de prendre en compte explicitement les deux filtres mis en jeu dans les simulations : le filtre associé à l’écoulement et le filtre associé à la flamme. Deux stratégies de fermetures sont proposées en se basant sur des modèles existants (F-TACLES et TFLES). Le modèle obtenu, appelé modèle F2-TACLES, est ensuite validé et comparé avec F-TACLES sur la configuration semi-industrielle PRECCINSTA.Pour terminer, la capacité du modèle F-TACLES à capturer l’impact des pertes thermiques et de la composition des gaz frais sur la topologie de flammes est évaluée. Cette étude est réalisée sur une série de flammes CH4-H2-Air turbulentes en giration et prenant des formes différentes en fonction du niveau de pertes thermiques et de la composition des réactifs.