Simulations aux grandes échelles de l'écoulement diphasique dans des modèles d'injecteur de moteurs aéronautiques

Lavedrine, Jacques (2008) Simulations aux grandes échelles de l'écoulement diphasique dans des modèles d'injecteur de moteurs aéronautiques. (Large-Eddy simulations of the two-phase flow in models of injectors of aeronautical engines.)

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Abstract

Afin de répondre à des normes environnementales plus restrictives, les moteurs aéronautiques doivent réduire leur consommation de carburant et leurs émissions polluantes. Parvenir à ces objectifs nécessite notamment d'optimiser l'étage d'injection. La Simulation aux Grandes Echelles (SGE) contribue à cette problématique car elle permet de mieux comprendre les phénomènes instationnaires dans l'injecteur. Cependant, l'application de la SGE aux écoulements turbulents diphasiques reste délicate à cause des phénomènes liés au spray : l'atomisation, la dispersion et la vaporisation des gouttes. Dans cette thèse, ces aspects sont étudiés selon une démarche progressive. Dans un premier temps, l'approche SGE est appliquée à une configuration académique d'injecteur afin de se concentrer sur la polydispersion de l'écoulement gaz-particules. Cette étude passe par une comparaison des résultats numériques avec les mesures, et constitue une validation de l'outil de calcul. Cet outil est ensuite utilisé pour étudier l'écoulement diphasique dans un nouveau concept d'injecteur industriel, notamment en s'appuyant sur une comparaison avec l'expérience. Cette étude permet aussi de connaître les performances et d'identifier les améliorations possibles de cet injecteur. Enfin, la sensibilité de la SGE aux différentes stratégies d'injection est évaluée. ABSTRACT : Facing more stringent environmental regulations, aeronautical engines must reduce their fuel consumptions and decrease polluting emissions. Reaching such purposes requires the optimization of the injection stage. Large Eddy Simulation (LES) contributes to this subject since it allows a better understanding of unsteady phenomena in the injector. Nevertheless, applying LES to turbulent two-phase flows remains a challenge due to phenomena related to the spray : atomization, dispersion and vaporization of droplets. In this thesis, such mechanisms are studied in a progressive methodology. In a first step, the LES approach is applied to an academic configuration with a polydisperse injector. This study goes through a comparison between numerical results and measurements, and constitutes a validation of the computational tool. This tool is then used to investigate the two-phase flow in a new industrial injector design through a comparison with experiments. This investigation also identifies the performances and potential improvements of such an injector. Finally, LES sensitivity to different injection strategies is assessed

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