Modélisation LES de l’allumage par bougie dans les chambres de combustion aéronautiques

Statut
à pourvoir

Lors du développement d’une turbine à gaz aéronautique, l’un des critères principaux est de s’assurer du rallumage de la turbomachine en cas d’extinction pendant le vol. Alors que les manufacturiers utilisent de plus en plus la CFD (Computational Fluid Dynamics), et en particulier la LES (Large Eddy Simulation), pour prédire la consommation et les émissions polluantes des turbines à gaz, ces outils sont peu utilisés pour le calcul du rallumage du fait de la grande complexité et du coût de calcul élevé de cette phase. Ceci explique pourquoi le rallumage est aujourd’hui surtout étudié au travers d’essais expérimentaux onéreux et peu instrumentés. Dans ce contexte, cette thèse propose de développer un modèle et une méthodologie LES pour calculer le rallumage qui permette à la fois de bonnes prédictions et un coût de calcul faible.
Afin de remplir cet objectif le travail se basera sur l’utilisation d’un code disposant d’une fonctionnalité AMR (Automatic Mesh Refinement) qui permet d’assurer une bonne résolution du noyau de flamme lors de sa croissance et de sa convection dans la chambre de combustion, tout en conservant un nombre de mailles de calcul réduit. Il se basera aussi sur une modélisation déjà existante de la combustion turbulente, appelée modèle de flamme épaissie, qui utilise une cinétique réduite permettant une description réaliste de la chimie dans le cas d’écoulements complexes comme ceux rencontrés ici. La thèse s’attachera d’abord à étudier l’allumage pour un pré-mélange gazeux méthane/air dans une chambre de combustion académique bien instrumentée. Le but sera de retrouver les probabilités d’allumage mesurées expérimentalement en fonction de la localisation de la bougie d’allumage. Ce travail sera ensuite étendu à un cas similaire mais utilisant un carburant liquide comme le n-heptane, permettant ainsi de se rapprocher d’un allumage réel de foyer aéronautique.  Dans cette phase du travail, une étude approfondie de l’impact des caractéristiques du spray liquide (taille des gouttes, propriétés d’évaporation etc…) sur la capacité d’allumage devra être réalisée. Elle se concrétisera par la proposition d’une approche de modélisation d’allumage diphasique. Cette modélisation sera finalement évaluée sur un cas semblable au précédent mais incluant en plus de la phase d’allumage sur un brûleur la propagation de la flamme aux brûleurs voisins, tout comme dans un foyer annulaire.

Mots clefs: Simulation aux Grandes Echelles, turbines à gaz, modélisation de la combustion, allumage

 

  • Directeur de thèse    Prof. Bruno Renou, CORIA et Dr. Olivier Colin, IFP Energies Nouvelles
  • Ecole doctorale    ED 591 PSIME, Normandie Université
  • Encadrant IFPEN    Mehl Cédric, département modélisation et simulation véhicule, cedric.mehl@ifpen.fr
  • Localisation du doctorant    IFP Energies Nouvelles, Rueil-Malmaison, France
  • Durée et date de début    3 ans, début de préférence en octobre 2019 
  • Employeur    IFPEN Rueil-Malmaison, France
  • Qualifications    Master en mécanique des fluides et combustion
  • Connaissances linguistique    Anglais ou Français courant, motivation pour apprendre le Français
  • Autres qualifications    Programmation (Fortran, C ou C++)
A propos d'IFP Energies nouvelles

IFP Energies nouvelles est un organisme public de recherche, d’innovation et de formation dont la mission est de développer des technologies performantes, économiques, propres et durables dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. Pour plus d’information, voir www.ifpen.fr. IFPEN met à disposition de ses chercheurs un environnement de recherche stimulant, avec des équipements de laboratoire et des moyens de calcul très performants. IFPEN a une politique salariale et de couverture sociale compétitive. Tous les doctorants participent à des séminaires et des formations qui leur sont dédiés.
 

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Encadrant IFPEN 
Mehl Cédric
Département modélisation et simulation véhicule