Modélisation de sous-maille de la combustion turbulente : développement d'outils pour la prédiction de la pollution dans une chambre aéronautique / Guillaume Godel ; sous la direction de Pascale Domingo et de Luc Vervisch

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Combustion

Classification Dewey : 620

Domingo, Pascale (19..-.... ; chercheuse en aérothermochimie) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Vervisch, Luc (1964-.... ; chercheur en mécanique) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Guibert, Philippe (1965-.... ; chercheur) (Président du jury de soutenance / praeses)

Gicquel, Laurent (19..-.... ; chercheur en dynamique des fluides) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Gicquel, Olivier (19..-.... ; chercheur en énergétique moléculaire) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Cessou, Armelle (19..-.... ; chercheuse en physique) (Membre du jury / opponent)

Bray, Kenneth (19..-....) (Membre du jury / opponent)

Rullaud, Matthieu (1977- ....) (Membre du jury / opponent)

Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Relation : Modélisation de sous-maille de la combustion turbulente : développement d'outils pour la prédiction de la pollution dans une chambre aéronautique / Guillaume Godel ; sous la direction de Pascale Domingo et de Luc Vervisch / , 2010

Résumé / Abstract : Cette thèse est consacrée à l’amélioration des capacités de prédiction des émissions polluantes (CO, NOx . . . ) des foyers de combustion de turboréacteurs. L’étude, exclusivement numérique, repose sur des simulations aux grandes échelles (ou LES pour Large-Eddy Simulation) basées sur des méthodes de tabulation de la chimie détaillée. L’approche PCM-FPI (pour Presumed Conditional Moments - Flame Prolongation of ILDM) a été étendue à la chimie des oxydes d’azote via la modification de la variable d’avancement. Différentes validations sur des configurations laminaires simples puis des flammes de laboratoire (Cabra, Sandia) sont présentées. Les résultats en terme de structure de flamme et de champs d’espèces chimiques sont confrontés aux mesures expérimentales. Le rôle du formaldéhyde comme marqueur de la zone réactionnelle est illustré à l’aide de calculs de flammes laminaires puis confirmé par un calcul 3D LES. Une analyse des spécificités de l’implantation de ce type de modèle sur des machines à architecture massivement parallèle est ensuite menée. Diverses modifications de la structure de la table et des méthodes d’interpolation sont réalisées, servant de base à une étude de sensibilité de maillage appliquée à la flamme Sandia D. Les difficultés relatives à la prédiction du NO dans les flammes turbulentes sont exposées : divers modèles de sous-maille sont alors employés et comparés.

Résumé / Abstract : This thesis is focused on the prediction capabilities of pollution (CO, NOx especially) for numerical tools applied to aeronautical combustion chambers. The modeling work is based on Large-Eddy Simulation methods coupled with a tabulated detailed chemistry approach. The PCM-FPI model, which stands for Presumed Conditional Moments - Flame Prolongation of ILDM, has been revised to take into account nitrogen chemistry through a modification of the progress variable. Several benchmarks and test-cases (laminar and turbulent flames) are gathered in this study : Cabra and Sandia flames have been computed and satisfactory comparisons with measurements are obtained. The role of CH2O as a marker of heat release is investigated, first in the frame of laminar premixed flames and then validated through LES runs. The challenges of the implementation of tabulated chemistry methods on massively parallel machines are discussed. Modifications are proposed regarding both the table structure and the interpolation methods leading to a mesh sensitivity review applied to the Sandia D flame. Difficulties arising when dealing with NOx chemistry in turbulent flows are presented : new Sub-Grid Scale models are introduced and investigated.