MODÉLISATION DU MÉLANGE DIPHASIQUE ET DE LA STRUCTURE DE LA FLAMME TURBULENTE : APPLICATION À UN INJECTEUR CRYOTECHNIQUE

Abstract

L'injection et le mélange des propergols cryogéniques du moteur fusée sont très complexes dans des conditions quasi critiques et supercritiques. Lorsque l’état supercritique est atteint, faisant disparaître la distinction entre liquide et gaz. La description concise et les mesures fiables de ces flux sont encore discutables. Dans ce contexte, le présent projet de thèse consiste en une contribution vers la modélisation et l’analyse d’un ensemble de configurations d’injection cryogénique en régime trans- et supercritique. L’étude Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) est réalisée pour une injection de l’azote liquide LN2 dans un environnement d’azote gazeux GN2 et pour une injection coaxial du couple oxygène/hydrogène (LOx/GH2) avec une description Eulérienne. Une analyse thermodynamique approfondie du comportement du gaz réel a permis de prédire la masse volumique sur la plage expérimentale avec l’utilisation de plusieurs équations d'état (EoS). Les calculs sur l’injection du LN2 ont été effectués en utilisant à la fois des conditions de température adiabatique et constante pour la paroi de l'injecteur où le transfert de chaleur interne dans l'injecteur du LN2 a eu un effet significatif sur la distribution de la masse volumique du jet et donc sur la dynamique globale de l'écoulement. Les résultats numériques concernant les profils axiaux de masse volumique pour l’injection LN2 et LOx/GH2 avec utilisation d’une loi de comportement de type gaz réel (EoS) concordent assez bien avec les données numériques et expérimentales fournies par la littérature. Par conservation du rapport de mélange par rapport aux données expérimentales et le cas non réactif du LOx/H2, des calculs volumes finis sont entrepris pour la combustion non-prémélangée avec des modèles de combustion tabulé de type PDF (fonction densité de probabilité) et FLT (flammelettes). Les résultats relatifs à la température de flamme, radical hydroxyle OH et la structure de flamme de forme générale présentent un comportement acceptable par rapport aux résultats numériques et expérimentaux disponibles pour les mêmes conditions supercritiques.