Thèse soutenue

Accélération de flamme hydrogène en mélange non-uniforme
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Auteur / Autrice : Luc Lecointre
Direction : Christian TenaudRonan VicquelinSergey KudriakovEtienne Studer
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Combustion
Date : Soutenance le 07/06/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de thermo-hydraulique et de mécanique des fluides (Gif-sur-Yvette, Essonne) - Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne) - Laboratoire interdisciplinaire des sciences du numérique (Orsay, Essonne ; 2021-....)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Marc Massot
Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Mura, Matei Radulescu, Pascale Domingo
Rapporteurs / Rapporteuses : Arnaud Mura, Matei Radulescu

Résumé

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Cette thèse, effectuée en partenariat avec le CEA, présente le développement de méthodes numériques dédiées à la simulation du processus d'accélération d'une flamme hydrogène. L'accélération et la transition de la déflagration à la détonation des flammes d'hydrogène/air sont des problématiques clés pour la sûreté nucléaire. Elles présentent également un intérêt croissant pour les domaines énergétiques et industriels impliquant de l'hydrogène. La connaissance de ces phénomènes doit permettre de se prémunir contre les conséquences d'une inflammation de l'hydrogène lors d'une fuite ou lors de sa production accidentelle dans une cuve de réacteur nucléaire comme observé lors des accidents de Three Mile Island en 1979 ou de Fukushima-Daiichi en 2011. L'objectif de ce travail est de proposer des méthodes numériques de haute résolution capables de prédire les phénomènes intervenant dans le processus d'accélération de flamme. Pour cela, un solveur numérique d'ordre élevé a été développé, il se base notamment sur un schéma de Lax-Wendroff de haute résolution associé à une technique de capture de choc satisfaisant des contraintes de préservation de la monotonie. Ce schéma permet la simulation d'écoulements multi-espèces réactifs avec des équations d'état convexes. Pour tenir compte de la variabilité des échelles spatiales, des outils de multi-résolution sont appliqués pour adapter localement le maillage. Des méthodes de paroi immergées ont également été intégrées pour permettre d'utiliser des configurations géométriques non triviales avec un maillage structuré. La capacité du logiciel à reproduire les phénomènes fondamentaux en combustion et en détonation a été étudiée à travers une sélection de cas tests standards. Des dispositifs expérimentaux sont également simulés avec la transmission d'un front de détonation à travers un milieu poreux et la reproduction du tube d'accélération de flamme de l'université de Munich. Les résultats obtenus illustrent la capacité de nos méthodes à capturer avec précision les différentes étapes de l'accélération de flamme et la transition vers la détonation et à reproduire les observations expérimentales.