Rapport de stage de DEA - référence CERFACS : WN/CFD/03/75 ...
Rapport de stage de DEA - référence CERFACS : WN/CFD/03/75 ... Rapport de stage de DEA - référence CERFACS : WN/CFD/03/75 ...
Résumé : Application de la simulation des grandes échelles au calcul d’un écoulement dans un injecteur de turbine à gaz Je donne d’abord une brève description du code numérique AVBP. Je présente ensuite le contexte du projet PRECCINSTA dans le cadre duquel j’ai effectué le calcul du mélange air-méthane dans un injecteur de turbine à gaz manufacturé par Turboméca. Le calcul LES (Simulation des Grandes Echelles) de cet injecteur sur un maillage non structuré de 500000 cellules montre dans quelle mesure le mélange air-méthane peut être considéré comme parfaitement prémélangé à l’entrée de la chambre de combustion afin de valider ou non cette hypothèse pour un autre simulation. En outre, le calcul permet de comprendre la dynamique du mélange au travers de résultats moyens, RMS et d’animations. Enfin, toujours dans le cadre du projet PREC- CINSTA mais pour la validation du calcul complet dans le plénum, l’injecteur et la chambre de combustion, des mesures ont été réalisées pendant trois semaines au DLR (Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt) à Stuttgart. Abstract : Application of large eddy simulation to a flow computation in an injector of gaz turbine I first give a brief description of the AVBP numerical code. Then, I present the context of the PRECCINSTA project concerned by my computation of the air-methane mixing in an injector of gas turbine manufactured by Turbomeca. The LES (Large Eddy Simulation) computation shows in what extent the air-methane mixing can be considered as fully premixed at the entrance of the combustion chamber in order to validate or not this hypothesis for another simulation. Moreover, the computation make us understand the dynamics of the mixing through averaged results, RMS levels and unsteady animations. At last, still in the frame of the PRECCINSTA project but concerning the validation of the full computation in the plenum, the injector and the combustion chamber, measurements have been done during three weeks in the DLR (Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt) in Stuttgart. 2
Table des matières 1 Contexte et objectif de l’étude 6 1.1 Le CERFACS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2 Le code AVBP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3 Les simulations LES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4 Le projet européen PRECCINSTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.5 L’objectif de cette étude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 Le calcul numérique 9 2.1 La géometrie du calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.1 L’injecteur dans le dispositif expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.2 Le maillage retenu de l’injecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2 Détails sur les conditions du calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.1 Chimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.2 Thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.3 Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.4 Conditions aux limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.5 Conditions initiales, établissement du calcul . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2.6 Méthodes numériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2.7 Ressources CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3 Les résultats des calculs 15 3.1 Quelques définitions géométriques pour la visualisation . . . . . . . . . . . . . 15 3.2 Analyse des champs moyens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.2.1 Champ moyen de richesse en sortie d’injecteur . . . . . . . . . . . . . 16 3.2.2 Champs moyens de vitesse dans le plan P . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3
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Table <strong>de</strong>s matières<br />
1 Contexte et objectif <strong>de</strong> l’étu<strong>de</strong> 6<br />
1.1 Le <strong>CERFACS</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6<br />
1.2 Le co<strong>de</strong> AVBP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6<br />
1.3 Les simulations LES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7<br />
1.4 Le projet européen PRECCINSTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7<br />
1.5 L’objectif <strong>de</strong> cette étu<strong>de</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7<br />
2 Le calcul numérique 9<br />
2.1 La géometrie du calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9<br />
2.1.1 L’injecteur dans le dispositif expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . 9<br />
2.1.2 Le maillage retenu <strong>de</strong> l’injecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10<br />
2.2 Détails sur les conditions du calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12<br />
2.2.1 Chimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12<br />
2.2.2 Thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12<br />
2.2.3 Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12<br />
2.2.4 Conditions aux limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12<br />
2.2.5 Conditions initiales, établissement du calcul . . . . . . . . . . . . . . . 13<br />
2.2.6 Métho<strong>de</strong>s numériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13<br />
2.2.7 Ressources CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14<br />
3 Les résultats <strong>de</strong>s calculs 15<br />
3.1 Quelques définitions géométriques pour la visualisation . . . . . . . . . . . . . 15<br />
3.2 Analyse <strong>de</strong>s champs moyens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
3.2.1 Champ moyen <strong>de</strong> richesse en sortie d’injecteur . . . . . . . . . . . . . 16<br />
3.2.2 Champs moyens <strong>de</strong> vitesse dans le plan P . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
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