La simulation numérique des écoulements fluides joue un rôle crucial dans le développement de nouvelles technologies aéronautiques, dans la certification des moteurs, et la quantification de leur efficacité.
Dans les moteurs aéronautiques, le carburant est stocké sous forme liquide avant d’être injecté dans la chambre de combustion, où il subit un processus d’atomisation, fragmentant le liquide dense en un brouillard de gouttelettes. Ce phénomène contrôle la distribution du carburant vaporisé, influençant directement la qualité de la combustion. En plus du phénomène d'atomisation, la chambre de combustion est le théâtre de la cohabitation de phénomènes complexes tels que l'évaporation, le mélange et la combustion, qui déterminent la production de polluants.
La combustion turbulente, telle qu'elle est faite dans les foyers aéronautiques et son couplage avec l'atomisation et l'évaporation est actuellement encore trop peu comprise. L'industrie aéronautique utilise l'outil numérique pour mieux comprendre les phénomènes mis en jeu. Des modèles capables de reproduire le plus fidèlement possible cette physique doivent être développés. Bien que les communautés scientifiques spécialisées dans les écoulements diphasiques et la combustion turbulente aient développé des approches avancées, une méthode unifiée permettant de traiter ces phénomènes simultanément fait encore défaut.
Le but de ce travail de doctorat est d'utiliser, et développer une méthode capable de reproduire les écoulements liquide-gaz, mais aussi les phénomènes d'évaporation et de combustion de manière robuste, simple et pour un coût de calcul abordable. Cette méthode, dite « multi-fluides », va être utilisée pour étudier les phénomènes d'atomisation, et de combustion dans des environnements proches de ceux rencontrés dans les chambres de combustion aéronautiques, sur des configurations académiques et industrielles. |
Numerical simulation of fluid flows plays a crucial role in the development of new aeronautical technologies, the certification of engines, and the evaluation of their efficiency.
Fuel is stored in liquid form before being injected into the combustion chamber. In aeronautical engines, the fuel undergoes an atomization process that fragments the dense liquid into a spray of droplets. This phenomenon governs the distribution of vaporized fuel, directly influencing the quality of combustion. In addition to atomization, the combustion chamber is the site of complex phenomena such as evaporation, mixing, and combustion, which play a critical role in pollutant production.
Turbulent combustion, as it occurs in aeronautical combustors, and its coupling with atomization and evaporation remain poorly understood. The aeronautical industry increasingly relies on numerical tools to gain deeper insights into these phenomena. Models capable of accurately reproducing this intricate physics need to be developed. Although scientific communities specializing in two-phase flows and turbulent combustion have advanced significantly, a unified method to address these phenomena in a unified framework is still lacking.
The objective of this doctoral work is to employ, and develop a method capable of modeling liquid-gas flows, as well as evaporation and combustion phenomena, in a robust, simple, and computationally efficient manner. This approach, referred to as the ‘multi-fluid’ method, will be used to study the atomization, and the combustion phenomena in environments reminiscent of those encountered in aeronautical combustion chambers, focusing on both academic and industrial configurations. |