Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Cet article fait suite à l'article Chambres de combustion aéronautiques. Partie 1 : fonctionnement et principaux phénomènes physiques et se focalise sur la simulation numérique des chambres de combustion aéronautiques. Dans une première partie, plusieurs modèles physiques courants pour l'écoulement gazeux réactif (cinétique, turbulence, combustion), la phase liquide (atomisation, évaporation) et les transferts radiatifs seront présentés. À chaque fois, les hypothèses nécessaires à l'établissement de ces modèles seront discutées. La capacité de ces modèles et méthodes à répondre à des problèmes concrets de conception sera ensuite illustrée sur deux exemples emblématiques des solutions envisagées pour la décarbonation du secteur aérien : la combustion de l'hydrogène et celle des carburants de synthèse durables.
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Nicolas Bertier : Ingénieur de recherche - ONERA/DMPE, Université de Toulouse, Toulouse, France
INTRODUCTION
Let article a pour principales ambitions de montrer comment la simulation numérique peut répondre aux grands défis de la conception d’une chambre de combustion aéronautique (que l’on désigne par la suite par le sigle CCA) et fournir les éléments clefs permettant d’orienter les choix des ingénieurs numériciens, tant en termes de modèles que de méthodes.
De manière à ce que cet article soit autoporteur, il faut rappeler ici que les chambres de combustion aéronautiques concentrent de nombreuses exigences en termes de performance et de sécurité, mais sont également au cœur des enjeux de réduction de l’empreinte environnementale du transport aérien. Afin d’accompagner l’évolution des technologies utilisées, la simulation numérique joue un rôle de plus en plus important et peut s’appuyer sur des infrastructures de calculateurs toujours plus puissants, ainsi que sur les progrès continus du génie logiciel et de la modélisation physique. Si la caractérisation des systèmes d’un point de vue expérimental reste toujours indispensable pour un accès direct aux mécanismes physiques en jeu, la simulation numérique permet sans surcoût significatif un accès à l’ensemble des variables intéressant l’ingénieur (pression, vitesse, température, fractions massiques des différentes espèces…) ainsi qu’à l’intégralité du volume du domaine de calcul (y compris les zones de l’espace pour lesquelles l’accès à l’aide d’une sonde ou d’un laser serait complexe, voire impossible).
Afin que le résultat obtenu soit celui d’une simulation et non d’un simulacre (résultat pouvant être considéré comme une aberration numérique, décorrélé de toute réalité physique), il est indispensable de disposer de modèles fiables pour les différents phénomènes en jeu (turbulence, réactions chimiques, atomisation du kérosène…), qui doivent être associés à des méthodes numériques et pratiques de calcul adaptées. La maîtrise du coût des simulations est également un enjeu de premier ordre pour pouvoir traiter les problématiques liées aux chambres de combustion aéronautiques dans toute leur complexité. Ainsi nous verrons que, bien souvent, les modèles les plus généraux pour décrire les différents phénomènes physiques en jeu sont trop coûteux pour être utilisés en pratique et qu’il est nécessaire de les remplacer (ou de leur adjoindre) des approches simplifiées reposant sur des hypothèses plus fortes.
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MOTS-CLÉS
simulation numérique transferts radiatifs chambres de combustion aéronautique turbulence écoulements diphasiques aérothermochimie
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Sigles, notations et symboles3. Conclusion
La simulation numérique de chambres de combustion aéronautiques implique de disposer de modèles pour les écoulements turbulents, réactifs et le plus souvent diphasiques. L’utilisation de plus en plus massive de la LES pour la résolution de ce type de problème a permis aux outils numériques de devenir prédictifs sur de nombreuses problématiques, contrairement aux méthodes stationnaires de type RANS. Notons cependant que les méthodes instationnaires type LES restent coûteuses et que l’on peut espérer qu’émerge un jour une stratégie de calcul intermédiaire entre RANS et LES, qui permettrait de prévoir les principales caractéristiques de l’écoulement à moindre coût.
Des progrès importants ont également été réalisés sur la prise en compte de la chimie détaillée, que ce soit via l’utilisation de méthodes de tabulation ou la réduction dite analytique de mécanismes réactionnels. Afin d’aller plus loin encore, certains laboratoires travaillent actuellement sur des méthodes dites de « chimie virtuelle ». Concernant les modèles d’interaction chimie-turbulence, on ne peut que constater la difficulté à mettre au point des approches utilisables sur toute l’étendue des régimes présents dans une CCA, malgré un effort de recherche important depuis des décennies. En l’absence de modèle « universel », ce sont souvent les modèles phénoménologiques les plus simples qui sont utilisés (en allant la plupart du temps bien au-delà de la validité des hypothèses ayant servi à les construire) en conjonction avec une forte résolution dans la flamme (pour la LES) ou des réglages ad hoc (en RANS). Cela n’empêche généralement pas de retrouver les caractéristiques générales de l’écoulement réactif, mais peut se révéler insuffisant pour la prévision de phénomènes subtils comme la réponse de la flamme à l’étirement ou à une onde acoustique, les limites d’extinction, la production de certaines espèces minoritaires… Parmi les nombreuses pistes actuellement envisagées pour proposer des modèles plus performants, l’utilisation de l’IA paraît particulièrement prometteuse, ce qui pose bien sûr la question de la génération des bases de données nécessaires à l’apprentissage.
Enfin, si le couplage gaz/phase dispersée est aujourd’hui...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CANDEL (S.) - Mécanique des fluides : cours. - (2001).
-
(2) - LANDAU (E.L.L.) - Physique théorique. Mécanique des fluides. - Volume 6. MIR (1989).
-
(3) - POINSOT (T.), VEYNANTE (D.) - Theorical and numerical combustion. - Edwards (2005).
-
(4) - VIDAL (J.) - Thermodynamics, applications in chemical engineering and the petroleum industry. - Institut Français du Pétrole Publications, éditions TECHNIP (2003).
-
(5) - R. (W. C.) - A viscosity equation for gas mixtures. - J. Chem. Phys., p. 517-519 (1950).
-
(6) - GIOVANGIGLI (V.) - Multicomponent Flow Modeling. - Birkhäuser (1999).
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