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Modélisation de l'interaction entre un écoulement turbulent et une paroi ablatable

Velghe, Anthony (2007) Modélisation de l'interaction entre un écoulement turbulent et une paroi ablatable. (Modeling of the Interaction between a Turbulent Flow and an Ablatable Material.)

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Abstract

Lorsqu'une sonde rentre dans l'atmosphère à une vitesse hypersonique, le bouclier thermique reçoit plusieurs centaines de MW/m2. Ce flux est absorbé par la paroi (composite C/C) grâce à des réactions physico-chimiques (oxydation, sublimation). Cette perte de matière entraîne une récession du matériau et nous pouvons remarquer la formation d'une rugosité en régime turbulent. Dans ce contexte, cette étude a pour objectif de caractériser à la plus petite échelle de la turbulence (échelle de Kolmogorov), l'interaction entre un écoulement turbulent et une paroi ablatable afin de comprendre la formation des rugosités. Une première étude a permis de modéliser l'état de surface d'un matériau carbone soumis au phénomène de réaction-diffusion et de proposer des états de surface analogue aux expériences. Puis, le développement d'un code de simulation numérique directe intégrant une transformation conforme exacte, permet de suivre l'évolution structurelle du matériau ablaté couplé à un champ de vitesse turbulent. Les simulations réalisées démontrent l'interaction forte de la turbulence sur la formation des rugosités à la surface d'un matériau ablatable. ABSTRACT : During the atmospheric re- ntry the heatshield of the probe suffers a significant overheating. The composites materials undergo an ablative process that consumes the heat flux by physicochemical reactions. The composite disappears gradually by sublimation, oxidation. In the case of polycristalline graphite, plasma jet experiments show a structural surface roughness like a scalloped pattern when the flow is turbulent. The main idea of this study is to characterize the interaction between a turbulent flow and an ablatable material at the Kolmogorov scale (the smallest turbulent scale). Firstly we propose a modeling of the surface state of an ablatable material by reaction-diffusion phenomenon and the simulations give a surface state similar to the experimental one in turbulent flow. Secondly we develop a direct numerical simulation software with the definition of an accurate coordinate transformation. The simulations are performed and confirm the interaction about turbulent flow on the roughness appearance

Department or laboratory:Département d'études et validation (Bordeaux, France)
Directeur de thèse:Chassaing, Patrick
Uncontrolled Keywords:Ablation - DNS - Turbulence - Transformation conforme. KEYWORDS : Ablation - DNS - Turbulence - Coordinate transformation
Subjects:Hydraulics > Fluid dynamics
Deposited On:23 May 2008

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