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Simulations aux grandes échelles : application au jet transverse

Prière, Céline (2005) Simulations aux grandes échelles : application au jet transverse. (Large eddy simulations of jet in cross flow.)

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Abstract

Depuis plusieurs années, l'industrie des turbines à gaz place au cœur de sa stratégie de recherche les enjeux à la fois environnementaux et économiques tels que : la diminution des polluants et des nuisances sonores et la réduction de consommation du carburant. Les progrès considérables enregistrés dans ce domaine sont particulièrement dus au développement de nouveaux moteurs à grand taux de dilution dont le fonctionnement s'effectue en régime globalement pauvre, ainsi qu'à l'amélioration du mélange dans les foyers. Dans ce domaine, le jet transverse à un écoulement principal bénéficie depuis longtemps d'une attention particulière : il constitue un cas intermédiaire représentatif d'une chambre de combustion et permet d'effectuer des comparaisons directes entre les simulations numériques et l'expérience. Dans ce contexte de développement industriel, la contribution de la simulation aux grandes échelles (LES) constitue un outil de recherche très performant dans la modélisation de tels écoulements. Le principal objectif de cette thèse vise à évaluer et à améliorer la qualité des prédictions LES sur des configurations de jets transverses isolés ou multiples. Un ensemble d'outils numériques et de techniques développés dans le code de calcul compressible AVBP est présenté dans ce travail. Les différents paramètres physiques et numériques à considérer pour l'étude de telles configurations sont également mis en évidence et des stratégies pouvant apporter des améliorations significatives sur les prédictions LES sont proposées. Les différents travaux étudiés dans cette thèse sont les suivants : - Etude de l'influence des conditions aux limites et du système d'injection d'un jet transverse isolé libre. - Etude d'un dispositif statique d'augmentation du mélange dans une configuration de jets transverses d'une turbine à gaz industrielle. - Etude d'une configuration de jets transverses d'une conduite cylindrique représentant une chambre de dilution de moteur à faibles émissions polluantes. ABSTRACT : Nowadays, environmental and economic constraints require considerable research efforts from the gas turbine industry. Objectives aim at lowering pollutants emissions and fuel consumption. These efforts take a primary importance to satisfy a continue growth of energy production and to obey to stringent environmental legislations. Recorded progresses are linked to mixing enhancement in combustors running at lean premixed operating point. Indeed, industry shows itself to be attentive in the mixing enhancement and during the last years, efforts are concentrated on fresh and burned gas dilution. The Jet In Cross Flow (JICF), which constitutes a representative case to further the research effort. It has been to be widely studied both in experimentally and numerically, and is particularly well suited for the evaluation of Large Eddy Simulations (LES). This approach, where large scale phenomena are naturally taken into account in the governing equation while the small scales are modelled, offers the means to well-predict such flows. The main objective of this work is to gauge and to enhance the quality of the LES predictions in JICF configurations by means of numerical tools developed in the compressible AVBP code. Physical and numerical parameters considered in the JICF modelisation are taken into account and strategies that are able to enhance quality of LES results are proposed. Configurations studied in this work are the following : - Influences of the boundary conditions and jet injection system on a free JICF - Study of static mixing device in an industrial gas turbine chamber. - Study of a JICF configuration represented a dilution zone in low emissions combustors.

Department:Centre Européen de Recherche et Formation Avancées en Calcul Scientifique - CERFACS (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Poinsot, Thierry
Uncontrolled Keywords:Simulations aux grandes échelles - Mélange - Turbulence - Comportement instationnaire - Jet transverse - Turbines à gaz - JICF - Dynamique
Subjects:Hydraulics > Fluid dynamics
Deposited On:10 June 2005

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