Étude expérimentale et numérique de la cavitation et la cavitation aérée. Vers une application à l’alimentation en carburant d’un moteur d’avion.

Experimental and numerical study of aerated and non-aerated cavitation. Towards an application on jet engine fuel systems.

• Auteur / Autrice : Petar Tomov
• Direction : Farid Bakir, Sofiane Khelladi, Christophe Sarraf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique-matériaux
• Date : Soutenance le 07/04/2016
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Dynamique des Fluides (Paris) - Laboratoire de Dynamique des Fluides
• Jury : Président / Présidente : Regiane Fortes-Patella
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Farid Bakir, Sofiane Khelladi, Christophe Sarraf
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Farhat, Éric Goncalves

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Décomposition orthogonale aux valeurs propres

Cavitation

Mots clés libres

Cavitation

Écoulements diphasiques

Aeration

Kérosène

Cavitation

Two-Phase flows

Aeration

Kerosene

Résumé

En fonction de la configuration avion, de son altitude du vol, du type de carburant, différents phénomènes physiques modifient les caractéristiques de l'alimentation du moteur en carburant. En effet, il se produit principalement un phénomène de dégazage qui pourrai être couplé à de la cavitation. Les écoulements diphasiques ainsi obtenus contiennent des microbulles, des bulles ou des poches de gaz qui risquent d'induire des dysfonctionnements du moteur. Ces dysfonctionnements se traduisent par des fluctuations de poussée pouvant conduire à une perte de contrôle de l’appareil. De cette problématique industrielle découlent de nombreux verrous scientifiques encore mal connus. Dans le cadre de cette thèse des travaux sur la modélisation numérique et la caractérisation expérimentale du couplage entre la cavitation et le dégazage. Pour cela deux bancs d’essai et un code propre capable d'étudier la problématique scientifique retenue ont été développés et exploités. Trois régimes de cavitation pure et trois autres de cavitation aérée sur une géométrie de venturi 8° symétrique ont été étudiés."

Depending on the configuration of the plane, its flight altitude, the type of fuel, different physical phenomena significantly change the characteristics of the fuel supply to the engine. Indeed, it primarily occurs a fuel degassing phenomenon that could be coupled to the cavitation phenomenon. As a result, the thus obtained multiphase flows contain micro bubbles, larger bubbles or vapor pockets which might induce engines malfunctions. The latter result in thrust fluctuations which can lead to a loss of power. The scientific context of the industrial problem lies in the development of a numerical and experimental representation of the cavitation and degassing phenomena on a smaller scale. As a result, it is of primary importance for one to understand the mechanisms of occurrence of gas and cavitation in the given industrial configuration. In order to deal with those issues, two test benches have been developed, as well as an in-house numerical code capable of simulating aerated cavitation phenomenon. Therefore, three different pure cavitation regimes and three other aerated cavitation are shown, as a result of the experimental work. The multiphase flow observations are based on a statistical post-processing of images taken by a high-speed camera. Moreover, two 2D aerated cavitation numerical simulations, as well as the first 3D pure cavitation simulation have been shown.