Thèse soutenue

Méthode d'interface immergée pour la simulation directe de l'atomisation primaire

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Auteur / Autrice : Isabelle Marter-Lagrange
Direction : Jean-Luc EstivalèzesDavide Zuzio
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Energétique et transferts
Date : Soutenance le 12/12/2017
Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales. Département Aérodynamique, Aéroélasticité, Acoustique (DAAA) (Toulouse, Haute-Garonne)
Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Énergétique et dynamique des fluides (Toulouse, Haute-Garonne)
Jury : Président / Présidente : Alain Berlemont
Examinateurs / Examinatrices : Lisl Weynans
Rapporteurs / Rapporteuses : David Le Touzé, Stéphane Vincent

Résumé

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La réduction des émissions polluantes et l'amélioration des performances des turboréacteurs nécessitent une connaissance détaillée des phénomènes physiques mis en jeu dans une chambre de combustion. L'atomisation du carburant résulte du cisaillement engendré par un fort écoulement d'air généré dans l'injecteur. La simulation numérique directe d'écoulements avec interface permet de simuler l'ensemble du processus d'atomisation. L'utilisation de maillages Cartésiens permet la réalisation de calculs HPC efficaces et précis. Mais, une des complexités de l'atomisation vient d'une interaction forte entre le comportement de la nappe liquide et l'écoulement gazeux dans les conduites de l'injecteur, rendant impératif la simulation de l'injecteur complet. Ceci étant impossible avec des maillages Cartésiens structurés, l'objectif de cette thèse est de développer une méthode d'interface immergée permettant l'inclusion d'objets solides dans un domaine de calcul, indépendamment du maillage, afin de réaliser des DNS du système d'injection complet. Les équations de Navier-Stokes incompressibles diphasiques sont résolues à l'aide d'un algorithme de projection, l'interface liquide-gaz étant transportée avec une méthode CLSVOF conservative en masse et quantité de mouvement. La présence du solide est prise en compte grâce à la méthode d'interface immergée. Cette méthode a été appliquée à la simulation numérique de nappes liquides cisaillées pour une configuration d'injecteur utilisée en essais à l'ONERA et a permis une meilleure prédiction de la fréquence de battement de la nappe.