Défis de la modélisation pour la simulation numérique des chambres de combustion aéronautiques

Auteurs: 

B. Fiorina, A. Vié, B. Franzelli, N. Darabiha (Laboratoire EM2C, CNRS, Centrale-Supélec, Université Paris-Saclay)
M. Massot (Laboratoire EM2C, CNRS, Centrale-Supélec, Université Paris-Saclay, ONERA)
G. Dayma, P. Dagaut (ICARE, CNRS, Université d'Orléans)
V. Moureau, L. Vervisch, A. Berlemont (CORIA-UMR 6614-Normandie
Université, CNRS-Université, INSA de Rouen)
V. Sabelnikov (ONERA)
E. Riber, B. Cuenot (CERFACS)

Cet article passe en revue les défis de la modélisation pour la réalisation de Simulations aux Grandes Échelles (SGE) de chambres de combustion aéronautiques. Étant donné que le kérosène est injecté sous forme liquide dans la chambre de combustion, la description de l’atomisation est primordiale. L’article présente d’abord les nombreux défis numériques rencontrés pour décrire ce processus qui mène à la formation de petites gouttes constituant un spray. Les méthodes numériques et les techniques de modélisation permettant de décrire un spray de kérosène sont ensuite présentées. Puis l’article met l’accent sur la description des cinétiques complexes de combustion. Des centaines d’espèces et des milliers de réactions doivent être prises en compte pour simuler l’allumage, la stabilisation de flamme et les émissions polluantes. Pour des raisons de temps de calcul, les schémas cinétiques détaillés sont trop volumineux pour être utilisés directement dans les simulations CFD. Dès lors, l’article présente les principales stratégies de réduction de la chimie existantes. Des interactions importantes des couches réactives avec les tourbillons de l’écoulement se produisent à l’échelle de sous-maille. La question de la modélisation de la combustion turbulente est alors discutée dans un contexte SGE. Finalement, la simulation de la formation des suies et des NOx est présentée. Cette revue est illustrée par plusieurs exemples de situations pratiques rencontrées dans les chambres de combustion aéronautiques.

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