Numerical study of ignition and inter-sector flame propagation in gas turbine / Lucas Esclapez ; sous la direction de Bénédicte Cuenot et de Eleonore Riber

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : anglais / English

Catalogue Worldcat

Avions -- Moteurs -- Allumage -- Simulation par ordinateur

Simulation des grandes échelles

Avions -- Turbopropulseurs

Cuenot, Bénédicte (19..-.... ; chercheuse en dynamique des fluides) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Riber, Eleonore (1979-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Bellenoue, Marc (19..-.... ; 19..-.... ; chercheur en structures de flamme et combustion) (Président du jury de soutenance / praeses)

Fiorina, Benoît (1978-.... ; chercheur en énergétique moléculaire) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Halter, Fabien (1978-.... ; chercheur en énergétique) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Renou, Bruno (1972-.... ; chercheur en énergétique) (Membre du jury / opponent)

Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Centre Européen de Recherche et Formation Avancées en Calcul Scientifique (Toulouse) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : Pour des raisons de sécurité, les moteurs aéronautiques doivent pouvoir redémarrer en vol sur toute leur plage d'opération. Mais les contraintes sur les émissions polluantes nécessitent le développement de nouvelles chambres de combustion dont la conception peut détériorer les capacités d'allumage du moteur. Afin d'améliorer la compréhension du processus d'allumage et d'aider à l'optimisation de la conception, les recherches actuelles combinent les études expérimentales de plus en plus complexes et les simulation numériques hautes fidélités. Dans ce travail, l'étude numérique du processus d'allumage des chambres de combustion aéronautiques, de l'étincelle à la propagation azimutale de la flamme, est conduite avec plusieurs objectifs: améliorer la robustesse et la confiance de l'outil LES pour l'étude de l'allumage, étudier les mécanismes qui affectent l'allumage dans des conditions représentatives des conditions réelles et enfin améliorer les méthodes bas-ordre pour la prédiction des performances d'allumage. Dans une première partie, la SGE d'un monobruleur installé au CORIA permet de mettre en évidence les bons résultats de la LES et de construire une base de données pour l'analyses des mécanismes d'extinction. Ces données sont aussi utilisées pour développer une méthodologie permettant de prédire les performances d'allumage à bas coût en utilisant les résultats d'une SGE non-réactive. Dans une seconde partie, la propagation inter-secteur est investiguée par l'étude de deux cas expérimentaux et la SGE est capable de reproduire les modes de propagation mais aussi les temps d'allumage avec précision. Sur la bases de ces bons résultats, une analyse plus fine de la simulation permet d'identifier les mécanismes qui contrôlent la propagation de la flamme.

Résumé / Abstract : For safety reasons, in-flight relight of the engine must be guaranteed over a wide range of operating conditions but the increasing stringency of pollutant emission constraints requires the development of new aero-engine combustor whose design might be detrimental to the ignition capability. To improve the knowledge of the ignition process in aeronautical gas turbines and better combine conflicting technological solutions, current research relies on both complex experimental investigation and high fidelity numerical simulations. In this work, numerical study of the ignition process in gas turbines from the energy deposit to the light-around is performed with several objectives: increase the level of confidence of Large Eddy Simulations tool for the analysis of the ignition process, investigate the mechanisms controlling ignition in conditions representative of realistic aeronautical gas turbine flows and improve the low-order methodologies for the prediction of ignition performance. In a first part, LES of the single burner installed at CORIA (France) is carried out and allows to highlight the LES accuracy and to build a database on which the main mechanisms controlling the ignition success are identified. Based on these results, a methodology is developed to predict the ignition performance at a low computational cost using the non-reacting flow statistics only. In a second part, the light-around process is studied on two experimental set-ups and the very good agreement of the LES results with experiments is the starting point from an analysis of the mechanisms driving the flame propagation process.