Simulation aux grandes ´ echelles d’´ ecoulements diphasiques turbulents `

Simulation aux grandes ´echelles d’´ecoulements
diphasiques turbulents `a phase liquide dispers´ee
Aymeric Vi´e
To cite this version:
Aymeric Vi´e. Simulation aux grandes ´echelles d’´ecoulements diphasiques turbulents `a phase
liquide dispers´ee. Sciences de la Terre. Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT,
2010. Fran¸cais.
HAL Id: tel-00620754
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00620754
Submitted on 8 Sep 2011
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THESE
THESE
En vue de l'obtention du
DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE
DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE
Délivré par L'Institut National Polytechnique de Toulouse (INP Toulouse)
Discipline ou spécialité : Énergétique, Mécanique des Fluides
R. Fox
F. Dupoirieux
M. Massot
T. Lederlin
A. Benkenida
S. Jay
B. Cuenot
JURY
Professeur à l'Université de l'Iowa (USA)
Maitre de recherche à l’ONERA Palaiseau
Professeur à l'École Centrale de Paris
Ingénieur à Turbomeca
Adjoint au directeur du CRT à IFP énergies nouvelles
Ingénieur de recherche à IFP énergies nouvelles
Chercheur sénior au CERFACS
Rapporteur
Rapporteur
Examinateur
Invité
Invité
Invité
Directrice de thèse
Ecole doctorale : Mécanique, Énergétique, Génie Civil et Procédés (MEGeP)
Unité de recherche : IFP Énergies Nouvelles
Directrice de Thèse : Bénédicte Cuenot
Présentée et soutenue par Aymeric Vié
Le 14 décembre 2010
Titre :
Simulation aux grandes échelles d'écoulements
diphasiques turbulents à phase liquide dispersée

Résumé
Les écoulements diphasiques turbulents sont présents dans de nombreux systèmes industriels (moteur
à piston, turbines à gaz, moteurs fusée...). La compréhension fine de telles configurations s’avèrent de
nos jours nécessaire pour limiter notamment les émissions de polluants et de gaz à effet de serre, et la
consommation des énergies fossiles.
Nous nous intéressons ici à la simulation aux grandes échelles des écoulements diphasiques turbu-
lents, permettant de capturer une large partie du spectre de la turbulence, et ainsi être capable de prédire
des phénomènes instables ou transitoires. La phase dispersée est ici modélisée par une approche eulé-
rienne, en raison de ses avantages dans le contexte du calcul haute performance.
Le travail de cette thèse a consisté à étendre le formalisme eulérien existant dans le code AVBP à
la simulation de sprays polydisperses dans des écoulements turbulents. Pour cela, le Formalisme Eulé-
rien Mésoscopique (FEM) a été couplé à une approche Multi-fluide. Cette nouvelle approche, intitulée
Formalisme Eulérien Mésoscopique Multi-fluide (FEMM), a été évaluée sur des cas simples canoniques,
permettant de bien caractériser le comportement autant en terme de dynamique turbulente que d’effets
polydisperses. Les stratégies numériques disponibles dans le code de calcul AVBP sont aussi analysées,
afin d’en cerner les limites pour la simulation eulérienne d’une phase liquide.
Ce nouveau formalisme est finalement appliqué à la configuration aéronautique MERCATO, pour
laquelle on dispose de résultats numériques obtenus avec d’autres approches (FEM et approche lagran-
gienne), et de résultats expérimentaux. Un accord satisfaisant avec l’expérience est montré pour toutes
les approches, même si le FEM, monodisperse, obtient de moins bon résultats en terme de fluctuations.
D’autres résultats expérimentaux s’avèrent nécessaires pour évaluer les approches et déterminer quelle
est la plus prédictive pour cette configuration, notamment concernant la fraction massique de kerosene,
autant en phase liquide qu’en phase gazeuse.
Mots clés : simulation aux grandes échelles, écoulements diphasiques, formalisme eulérien méso-
scopique, approche multi-fluide, configuration aéronautique, évaporation