Modélisation des phénomène de combustion pour la simulation numérique d'écoulements turbulents réactifs PDF Download

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Author: Samir Rida
Publisher: National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada
ISBN: 9780612373839
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Languages : fr
Pages : 239

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Author: Tarek Echekki
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 9400704127
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 496

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Turbulent combustion sits at the interface of two important nonlinear, multiscale phenomena: chemistry and turbulence. Its study is extremely timely in view of the need to develop new combustion technologies in order to address challenges associated with climate change, energy source uncertainty, and air pollution. Despite the fact that modeling of turbulent combustion is a subject that has been researched for a number of years, its complexity implies that key issues are still eluding, and a theoretical description that is accurate enough to make turbulent combustion models rigorous and quantitative for industrial use is still lacking. In this book, prominent experts review most of the available approaches in modeling turbulent combustion, with particular focus on the exploding increase in computational resources that has allowed the simulation of increasingly detailed phenomena. The relevant algorithms are presented, the theoretical methods are explained, and various application examples are given. The book is intended for a relatively broad audience, including seasoned researchers and graduate students in engineering, applied mathematics and computational science, engine designers and computational fluid dynamics (CFD) practitioners, scientists at funding agencies, and anyone wishing to understand the state-of-the-art and the future directions of this scientifically challenging and practically important field.

Author: François McKenty
Publisher: National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada
ISBN: 9780315865563
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Languages : fr
Pages : 189

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Author: Julien de Charentenay
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Languages : fr
Pages : 184

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Au cours de ce travail, l'étude du front de flamme est réalisée grâce à la simulation d'écoulements réactifs multi-espèces. Dans ce cadre, deux codes de simulation numérique directe bases respectivement sur les équations compressibles et sur l'hypothèse des faibles nombres de MAachsont comparés sur trois cas de complexité croissante. Le post-traitement des résultats obtenus montre que les flammes obtenues avec l'approche des faibles nombres de mach sont très similaires à celles obtenues avec l'approche compressible, tout en réduisant sensiblement le temps de calcul. Le code de simulation numérique directe base sur la formulation des faibles nombres de Mach a permis d'étudier l'influence des modelés de transport dans le cas des flammes prémélangées turbulentes. Les simulations d'interactions flammes / tourbillons et flammes / turbulence ont mis en évidence que les flammes obtenues en prenant en compte l'effet Soret sont plus plissées que lorsque l'on néglige cet effet. Toutefois, le traitement statistique de ces résultats n'a pas permis d'identifier avec certitude l'impact des modèles de transport détaillés sur la modélisation de ces flammes. Afin de confronter simulations et expériences, les méthodes numériques utilisées dans les codes de simulation numérique directe ont été modifiées pour utiliser des maillages lâches et irréguliers et de grands pas de temps. L'impact de ces modifications est identifié sur deux cas-tests simples : l'erreur observée est de l'ordre de 7%. La comparaison des simulations et des mesures expérimentales dans le cas d'une flamme a structures cohérentes montre que la fréquence des instabilités est parfaitement reproduite par ce calcul simplifie, mais que la taille de ces structures est sous-estimée par la simulation. Le processus de combustion est globalement très bien reproduit, comme le montrent les profils de température et d'espèces.

Author: Stefano Puggelli
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Languages : fr
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Les limitations récentes imposées par ICAO-CAEP, qui règlent les émissions de NOx, mènent à l'implémentation du concept de combustion lean dans les moteurs aéronautiques. Du point de vue du design, il faudrait étudier de façon plus approfondie la combustion lean et donc la Computational Fluid Dynamics(CFD) peut être un outil essentiel à ce but. Plusieurs phénomènes sont impliqués et différentes stratégies de modélisation, avec des différences en termes de coûts de calcul, sont disponibles. Néanmoins, jusqu'à présent, peu d'outils numériques peuvent prendre en compte les effets de la préparation du combustible liquide dans les calculs réactifs. Les conditions limites d'atomisation sont normalement déterminées par des approches corrélatives qui ne couvrent pas toutes les conditions de fonctionnement et les caractéristiques géométriques des brûleurs aéronautiques. Cependant, comme on peut lire dans la première partie de ma thèse, où plusieurs études de cas de littérature sont analysées, l'impact de la préparation du combustible liquide peut être extrêmement important. Les considérations basées sur des approches corrélatives ne sont pas fiables. Des méthodes prédictives focalisées sur l'atomisation du combustible sont nécessaires. Cette activité de recherche vise donc à développer un outil numérique général, utilisable dans le domaine industriel et capable de modéliser la phase liquide de son injection jusqu'à la génération d'un spray dispersé. Le modèle ELSA (Eulerian Lagrangian Spray Atomization), basé sur une approche eulérienne dans la région dense et une lagrangienne dans la zone diluée, a été choisi à ce but. Le solveur traite le combustible liquide jusqu'à la génération d'une phase dispersée et prend en compte le processus d'atomisation par l'introduction de la densité d'interface liquide-gaz. Néanmoins, si on applique cette méthode dans un environnement réactif fortement turbulent comme un brûleur aéronautique on peut rencontrer plusieurs limites. Par conséquent, on a dédié une attention particulière tout d'abord à l'étude du terme de flux turbulent à l'intérieur de l'équation de la fraction volumique liquide. Cette quantité est d'une importance primaire pour un écoulement turbulent, avec des vitesses de glissement élevées entre ses phases. Une nouvelle fermeture de second ordre pour cette variable est proposée et validée sur un cas de jet en crossflow. Ensuite, pour gérer un environnement réactif, un nouveau modèle d'évaporation est intégré dans le code et évalué par rapport aux résultats expérimentaux. Enfin, une autre méthode de dériver la distribution de la taille des gouttes dans le contexte ELSA pour l'injection lagrangienne est présentée et validée avec des simulations DNS. Pour conclure, ce travail introduit une nouvelle méthode pour une description unifiée de la combustion et de l'atomisation dans les calculs CFD. L'approche proposée devrait conduire à une description complète de l'évolution du combustible et à une caractérisation plus pertinente de l'écoulement réactif. Plusieurs aspects qui sont également mis en évidence sont améliorables et peuvent offrir des suggestions pour d'ultérieurs travaux.

Author: Yves d' Angelo (chercheur en énergétique).)
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Author: Ronnie Knikker
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Languages : fr
Pages : 232

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La simulation numérique est un outil important pour mieux comprendre et prédire les systèmes de combustion industriels, où interviennent des phénomènes physiques complexes à des échelles caractéristiques très variées. La simulation des grandes échelles (LES), où les grandes structures de l’écoulement sont calculées explicitement et l’effet des plus petites est modélisé, apparaît alors comme une approche particulièrement prometteuse. Elle nécessite Donc de disposer de modèles décrivant l’action des échelles non-résolues sur les échelles calculées. Le principal objectif de cette thèse est le développement et la validation de modèles de sous-mailles pour la simulation de la combustion turbulente prémélangée. L’étude expérimentale d’une flamme turbulente en V stabilisée derrière un obstacle a été réalisée au moyen de techniques de mesures avancées. Des visualisations du front de flamme instantané effectuées par fluorescence induite par laser ont permis l’analyse de la modélisation de sous-maille du taux de réaction. L’interaction de la flamme avec une onde acoustique a été étudiée car son mécanisme est considéré comme une étape importante dans le développement des instabilités de combustion. De larges structures cohérentes de la flamme ont été observées, ainsi que de fortes contributions du taux de réaction de sous-maille phénomènes qui doivent être reproduits par les modèles LES. Des analyses détaillées des données expérimentales ont conduit au développement d’un modèle basé sur la courbure de la flamme résolue. Ce modèle prédit une action importante du modèle de sous-maille dans les régions où le front de flamme résolu est fortement courbé, en accord avec les expériences. Un second modèle, basé sur le concept de similarité, désormais classique en modélisation pour la simulation des grandes échelles des écoulements non-réactifs, a également été proposé et testé. Un complément attractif à ce modèle a été développé par une extension originale de la théorie des fractals à là LES des écoulements réactifs. La modélisation fractale du taux de réaction de sous-maille est discutée et analysée à partir des données expérimentales. Une formulation dynamique de ce modèle a également été étudiée. Enfin, l’approche LES analysée dans ce travail a été implantées dans un code de calcul numérique existant et des premiers calculs de la configuration expérimentale ont été réalisés. Les aspects critiques de ces simulations sont discutés et les premiers résultats du modèle de similarité proposé sont comparés aux données expérimentales et à un modèle de sous-maille exitant.

Author: LAURENT.. LEBRERE
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Languages : fr
Pages : 255

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L'OBJECTIF DE LA THESE EST L'AMELIORATION DE LA MODELISATION DE LA TURBULENCE POUR LA SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS DANS LES MOTEURS A PISTON. COMME LA PLUPART DES CODES DE CALCUL D'ECOULEMENTS COMPLEXES, LE CODE KIVA-II, UTILISE ET DEVELOPPE PAR LES CONSTRUCTEURS AUTOMOBILES FRANCAIS, TRAITE LA TURBULENCE A L'AIDE DU MODELE - . LES LIMITES DE CE MODELE SONT AUJOURD'HUI BIEN CONNUES ; DE PLUS, LES ECOULEMENTS DANS LES CHAMBRES DE COMBUSTION POSSEDENT DES CARACTERISTIQUES (ECOULEMENTS CONFINES ET COMPRIMES, ECOULEMENTS AVEC GIRATION, PRESENCE DE NOMBREUSES RECIRCULATIONS,) DIFFICILEMENT REPRODUCTIBLES A L'AIDE D'UN MODELE A VISCOSITE TURBULENTE TEL QUE LE MODELE - . LE TRAVAIL DE CETTE THESE A CONSISTE A IMPLANTER UN MODELE AUX TENSIONS DE REYNOLDS (LE MODELE DE LAUNDER ET AL. 1975 NOTE MODELE LRR) DANS LE CODE KIVA-II. CE NIVEAU DE MODELISATION DE LA TURBULENCE (MODELE DU SECOND ORDRE) EST A L'HEURE ACTUELLE L'UN DES MEILLEURS COMPROMIS ENTRE GAIN EN PREDICTIVITE ET COUT EN TEMPS CPU. APRES UNE ETAPE DE VALIDATION COMPLETE (VALIDATIONS NUMERIQUES ET PHYSIQUES), LA PHASE D'ADMISSION-COMPRESSION D'UN MONOCYLINDRE DE RECHERCHE EST SIMULEE AVEC LES MODELES - ET LRR. DE NOMBREUSES DIFFERENCES AU NIVEAU DES CHAMPS CINEMATIQUE ET TURBULENT SONT MISES EN EVIDENCE, EN PARTICULIER EN FIN DE PHASE DE COMPRESSION. LE MODELE LRR APPORTE EGALEMENT DE NOUVELLES INFORMATIONS SUR L'ANISOTROPIE DE LA TURBULENCE ET SUR SON EVOLUTION AU COURS DU TEMPS. LA FAISABILITE D'UN CALCUL 3D COMPRESSIBLE ET INSTATIONNAIRE AVEC UN MODELE DE TURBULENCE AUX TENSIONS DE REYNOLDS EST DONC DEMONTREE. DE PLUS, UN MODELE DE TURBULENCE DU SECOND ORDRE TEL QUE LE MODELE LRR APPARAIT ETRE UNE ALTERNATIVE INTERESSANTE FACE AU MODELE - POUR LE CALCUL DES ECOULEMENTS A L'INTERIEUR DES CHAMBRES DE COMBUSTION

Author: Thierry Aurier
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Category : Turbulence
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