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Theses

Modélisation et simulation numérique de la combustion en présence d’interactions flammes/auto-inflammation

Résumé : Cette thèse de doctorat est consacrée à la modélisation des écoulements turbulents réactifs dans des cas où les niveaux de température peuvent conduire à l'auto-allumage du mélange. La stratégie de modélisation proposée consiste à traiter séparément les différents mécanismes physiques les plus importants : mélange des espèces chimiques, propagation de fronts de flammes et auto-inflammation. Ainsi, des méthodes simples, dérivées de modèles connus en combustion turbulente non-prémélangée et prémélangée (méthodes de tabulation, PDF présumée) sont utilisées pour représenter les mécanismes de mélange des espèces et de propagation des fronts. Des développements spécifiques sont apportés pour que ces modèles soient toujours valides en présence d'auto-allumage. Les paramètres de modélisation introduits sont clairement identifiés et la sensibilité des résultats numériques à leurs valeurs est étudiée en détail. Le développement le plus important de ce travail concerne la méthode basée sur l'utilisation d'un temps de résidence pour modéliser l'auto-allumage du mélange. Comme la comparaison directe du temps de résidence au délai d'auto-allumage n'a plus de signification physique dès lors que la composition et la température évoluent avant l'auto-inflammation, un temps de résidence normalisé est introduit. Cette quantité peut aussi être présentée comme l'âge relatif des particules qui vieillissent différemment selon les caractéristiques du mélange local. L'équation bilan correspondante est dérivée soit de celle pour le temps de résidence soit par analogie avec l'équation G décrivant la propagation d'un front de flamme. Dans ce dernier cas, le temps de résidence est considéré comme une fonction "level-set" adaptée au suivi de fronts d'auto-inflammation. L'utilisation de ce temps normalisé permet aussi de traiter la difficulté liée aux conditions limites de temps de résidence. Le modèle proposé est d'abord utilisé pour simuler une flamme turbulente non-prémélangée de type JHC (Jet-in-Hot-Coflow) en RANS avec le logiciel de calcul numérique Code-Saturne (Bas Mach). Les résultats numériques sont validés pour deux conditions expérimentales différentes. Le modèle est ensuite validé par des calculs DNS de couche de mélange 1D soumise à l'auto-inflammation. Enfin, des simulations numériques préliminaires d'une configuration expérimentale récente disponible au laboratoire (Constant Volume Vessel) sont réalisées pour évaluer la faisabilité de l'extension du modèle en LES compressible avec OpenFOAM.
Document type :
Theses
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02860046
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Monday, June 8, 2020 - 11:37:54 AM
Last modification on : Tuesday, June 9, 2020 - 3:29:43 AM

File

2020ESMA0002_wang.pdf
Version validated by the jury (STAR)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02860046, version 1

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Xiaodong Wang. Modélisation et simulation numérique de la combustion en présence d’interactions flammes/auto-inflammation. Autre. ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2020. Français. ⟨NNT : 2020ESMA0002⟩. ⟨tel-02860046⟩

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