these simulation numerique et modelisation de l'ecoulement autour ...

INTRODUCTION GÉNÉRALE
l’approche numérique via la Simulation des Grandes Echelles résolue en proche paroi.
Dans cette étude, une stratégie originale pour la simulation de l’écoulement autour d’une paroi multiperforée
est proposée. Jusqu’à présent, les simulations numériques s’intéressaient au développement
spatial du film de refroidissement, entraînant ainsi une dépendance des résultats vis-à-vis de la rangée de
perforations considérée. Nous avons choisi de travailler dans un domaine périodique dans les directions
tangentielles à la paroi afin de reproduire la géométrie d’une plaque perforée d’extension infinie et de
proposer un modèle dépendant uniquement des conditions locales de l’écoulement. Le domaine de calcul
comprend une partie proche paroi de la chambre de combustion, la perforation et une partie proche paroi
de l’extérieur de la chambre. L’extérieur de la chambre est simulé pour deux raisons. D’une part, la
paroi étant peu épaisse, l’écoulement à l’extérieur a un impact direct sur la forme des jets. D’autre part,
la tendance industrielle actuelle est de simuler numériquement à la fois l’intérieur et l’extérieur de la
chambre. Un modèle — et donc des données — sont nécessaires pour les deux côtés de la paroi.
Le développement de ces simulations de multi-perforation en domaine périodique a demandé un
effort particulier de validation et de comparaison avec des résultats expérimentaux de référence. Ces
résultats de référence sont disponibles uniquement pour des configurations expérimentales isothermes à
échelle 10. C’est pourquoi une partie importante de ce travail est consacrée à la simulation périodique
d’une configuration isotherme à grande échelle. La comparaison montre un très bon accord global entre
expériences et simulations. La configuration périodique engendre cependant des différences inévitables
avec les mesures car dans notre cas, l’écoulement proche paroi est pleinement développé alors qu’il
évolue d’une rangée à l’autre dans les expériences.
L’analyse des résultats isothermes a permis de proposer un modèle de paroi homogène simple qui
reproduit l’effet moyen de la paroi multi-perforée sur l’écoulement affleurant les deux côtés de la paroi.
La performance de ce modèle est évaluée par comparaison directe avec les données des simulations. Les
sources d’erreurs sont alors identifiées, ce qui permettra à l’avenir d’affiner le modèle proposé dans cette
thèse. Des tests a posteriori sont également effectués afin de comparer des simulations utilisant le modèle
et des résultats expérimentaux. La reproduction d’une expérience où deux canaux sont séparés par une
paroi perforée montre la capacité du modèle à reproduire l’effet moyen de la multi-perforation.
L’extension des simulations périodiques à des configurations anisothermes a également été effectuée.
L’analyse des résultats anisothermes permet de donner plusieurs recommandations pour la prise en
compte des effets thermiques dans un modèle de multi-perforation. Il ne s’agit cependant que d’un travail
préliminaire sur la modélisation des aspects thermiques. Notre étude confirme notamment la nécessité du
couplage fluide-paroi afin de prendre en compte dans les simulations périodiques les variations spatiales
de température à l’intérieur de la paroi, négligées ici.
Le document s’articule ainsi : les chapitres 1 et 2 sont consacrés respectivement au rappel du contexte
industriel et scientifique et à l’étude bibliographique de l’écoulement de multi-perforation. Le code de
calcul est ensuite présenté au chapitre 3. Le chapitre 4 décrit la configuration de simulation périodique
et détaille les nombreux tests évaluant la dépendance des résultats d’une simulation isotherme aux paramètres
numériques de l’étude. Les détails de l’écoulement dans ce cas isotherme sont présentés au
chapitre 5. Enfin, les chapitres 6 et 7 sont dédiés respectivement à la modélisation isotherme et à l’extension
de la méthode de simulation isotherme au cas anisotherme.
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