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Thèse présentée à

INSA de Rouen

Discipline : Energétique
Spécialité : Mécanique des Fluides

Par

Lisa BOUHERAOUA

Soutenue le 18 décembre 2014

Simulation aux grandes échelles et modélisation de la combustion supersonique
Jury

Rapporteurs
Laurent GICQUEL, Chef de Projets, CERFACS, Toulouse
Denis VEYNANTE, Directeur de Recherche, CNRS, Ecole Centrale Paris

Examinateurs
Michel CHAMPION, Directeur de Recherche, CNRS, Institut P’, Poitiers
Friedrich LEOPOLD, Chef de groupe AMS, ISL, Institut Franco-Allemand de St-Louis
Suresh MENON, Professeur, Georgia Institute of Technology

Directeurs de thèse
Pascale DOMINGO, Directrice de Recherche CNRS, CORIA, Rouen
Guillaume RIBERT, Maître de Conférences à l’INSA de Rouen

Le travail de cette thèse est consacré à la simulation aux grandes échelles (LES) et à la modélisation de la combustion supersonique, dont l’application est rencontrée dans les moteurs de type scramjet. Dans ce contexte, une étude LES appliquée au cas d’une flamme supersonique hydrogène-air (flamme de Cheng) a été effectuée sur trois niveaux de raffinements de maillage. Les résultats en termes de profils moyens et fluctuations de composition et de température sont confrontés aux mesures expérimentales, et l’impact du raffinement de maillage est établi. Par ailleurs, à partir des données issues de cette étude LES, une modélisation de la combustion turbulente dans un milieu fortement compressible est proposée sur la base d’une approche tabulée de la chimie. Une analyse temporelle des interactions choc/flamme a ensuite été menée, permettant de mettre en évidence la présence de structures transitoires ayant une influence sur les processus de stabilisation de la flamme.

Abstract
This PhD study is focused on the large eddy simulation (LES) and on the modelisation of supersonic combustion as encountered in scramjet types engines. In this context, a LES study was performed for an hydrogen-air supersonic flame (Cheng’s flame) with three mesh refinement levels. The results obtained for mean and fluctuations of composition and temperature are compared to experimental measurements, and the impact of the grid resolution is established. Moreover, a modelisation of turbulent combustion in highly compressible flows is proposed based of tabulated chemistry approach. An analysis of the dynamics of shock/flame interaction was then conducted, and the presence of transient structures, which impact the flame stabilisation processes, was emphasized.

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