Simulation aux grandes échelles de la combustion supersonique dans les superstatoréacteurs à cavité

Large eddy simulation of supersonic combustion in cavity-based scramjets

• Auteur / Autrice : Jiangheng Loïc Ruan
• Direction : Pascale Domingo, Guillaume Ribert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 11/07/2019
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Nabiha Chaumeix
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Domingo, Guillaume Ribert, Nasser Darabiha, Vincent Robin, Bénédicte Cuenot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nasser Darabiha, Vincent Robin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Modélisation CFD

Simulation des grandes échelles

Compressibilité

Aérodynamique supersonique

Avions -- Statoréacteurs à combustion supersonique

Aérodynamique hypersonique

Combustion

Mots clés libres

Cavité

Combustion

Numerical simulation

Supersonic

Cavity

Scramjet

CFD

Computational Fluid Dynamic

LES

Large eddy simulation

Computational fluid dynamics

Résumé

Les dernières décennies ont été marquées par la course aux technologies hypersoniques. Voler à une vitesse hypersonique pourrait être possible avec les superstatoréacteurs. Mais le principal problème de ce moteur est le court temps de résidence du combustible dans la chambre de combustion, qui est de l'ordre de la milliseconde, rendant le mélange et la combustion difficile. L'ajout d'une cavité dans les superstatoréacteurs pourrait palier à ce problème grâce aux zones de recirculation de la cavité qui emprisonnent les gaz brulés, et permettent ainsi de rallumer continuellement le combustible. Grâce à l'essor de l'informatique, une simulation aux grandes échelles d'un telle configuration devient possible de nos jours. Les objectives de la thèse sont dans un premier temps d'évaluer la capacité d'une simulation aux grandes échelles à prédire des écoulements compressibles réactifs, et dans un second temps, de comprendre les phénomènes propres aux superstatoréacteurs à cavité.

The last decades have been marked by great progress in hypersonic technologies. The scramjet seems to be able to cope with these hypersonic speeds even today. The main problem to overcome is the short residence time of the fuel in the combustion chamber. This time being of the order of a millisecond, mixing and combustion cannot operate efficiently making the flameholding a challenging task. The cavity-based scramjets have been considered as a promising solution because the recirculation of the combustion gases inside of it makes it possible to ignite the reaction mixture continuously. Due to the increase in high performance computing, the use of Large-Eddy Simulation for supersonic combustion is now becoming relevant. The objectives of the present study are twofold: first, assess the ability of the LES technique to predict compressible multi-species reacting flows; and second, provide some fundamental aspects of cavity-based scramjet.