Influence de la modélisation du mélange air/carburant et de l'étendue du domaine de calcul dans la simulation aux grandes échelles des instabilités de combustion. Application à des foyers aéronautiques

摘要

La réglementation en matière de pollution et notamment des émissions d'oxydes d'azote se durcit. Les exigences de l'industrie à l'égard des performances des moteurs aéronautiques et des turbines à gaz industrielles se font toujours plus strictes. En conséquence, les nouveaux moteurs font face au phénomène des instabilités de combustion et les méthodes utilisées jusqu'à maintenant pour étudier le comportement des chambres de combustion sont soit insuffisantes comme la simulation numérique RANS, soit trop coûteuses et trop lentes comme la réalisation de campagnes d'essais. La simulation aux grandes échelles apparaît dans ce contexte comme un outil providentiel pour aborder les instabilités de combustion. Dans cet ouvrage est démontrée la capacité de la simulation aux grandes échelles à prédire avec précision l'écoulement moyen et le comportement instationnaire d'une chambre de combustion "académique" quand elle est accompagnée d'outils d'analyse acoustique. Ces simulations réalisées avec le code AVBP du CERFACS sont validées par une large campagne de mesures effectuées au DLR-Stuttgart et s'insèrent dans le cadre du programme européen PRECCINSTA. Par ailleurs, cette thèse a aussi donné lieu de s'interroger dans le cas cette fois d'un moteur aéronautique réel sur l'importance de la prise en compte au sein du domaine de calcul du distributeur haute pression sur lequel débouche la chambre de combustion. L'apport majeur de ce travail réside dans les réponses qu'il donne comme dans les questions qu'il soulève concernant les conditions limites qui doivent être celles d'un bon calcul de chambre de combustion. La première partie de cet ouvrage introduit le lecteur aux enjeux écologiques et à la formation des polluants au sein de la combustion dans les turbines à gaz pour pointer du doigt une conséquence directe de la réduction de ces polluants : les instabilités de combustion. La seconde partie détaille le principe du code AVBP utilisé pour réaliser la simulation aux grandes échelles de deux configurations. La première de ces configurations est un cas "académique" de chambre de combustion branchée sur un injecteur et fait l'objet de la troisième partie. La seconde configuration concerne quant à elle un moteur aéronautique réel et constitue la quatrième et dernière partie de cette thèse.