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Projet de fin d'étude

LES en environnement supercritique :
    Application moteurs fusées
                 Anthony Ruiz

         Maître de stage :       B. Cuenot
         Laboratoire d'accueil : CERFACS

               12 septembre 2008



                                             1
Plan de présentation

●   Pourquoi étudier le supercritique ?

●   Qu'est ce que le supercritique ?

●   Application du supercritique : jet rond

●   Conclusions



                                              2
Pourquoi étudier le
  supercritique ?
    Compétitivité =

      1 – Fiabilité
      2 – Prix



    Les moteurs cryotechniques :
      ● allumage
      ● Instabilités hautes

        fréquences

                               3
Pourquoi étudier le supercritique ?




                 ●   Interaction jets turbulents
                 = > instationnaire
                 ●   Pression : 110 bar
                 ●   T injecteur = 100 K
                     T chambre = 3500 K
                     SUPERCRITIQUE
                                               4
Pourquoi étudier le supercritique ?
              Liquide                 Supercritique




 Chehroudi et al., International Journal of Heat and Fluid Flow (2002)   5
Plan de présentation

●   Pourquoi étudier le supercritique ?

●   Qu'est ce que le supercritique ?

●   Application du supercritique : jet rond

●   Conclusions



                                              6
Qu'est ce que le supercritique ?
         Pdv Microscopique
Pression =
             “Force de rebond”

Gaz parfait             Gaz réel
       ●Pas
                                   ●Forces de
       d'intéraction               Van der Waals




                                                   7
Qu'est ce que le supercritique ?
      Thermodynamique
    Gaz Réel


                        GParfait




                                   8
Qu'est ce que le supercritique ?
                Equation d'état
                       1
Peng Robinson :                                                 Forces
                                                                attractives
                                                                =f(T)
                              Volume exclu
Point critique


Proche du point critique


                   Facteur acentrique
1
    Peng and Robinson, Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals (1976)   9
Qu'est ce que le supercritique ?
            Coefficient de transport
             GRéel                                    GRéel


                        GParfait                                 GParfait



    ●



                                 1
    ●
        Modèle de Chung
1
    Chung et al. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals (1984)
                                                                            10
Plan de présentation

●   Pourquoi étudier le supercritique ?

●   Qu'est ce que le supercritique ?

●   Application du supercritique : jet rond

●   Conclusions



                                              11
Application du supercritique : jet rond

AVBP
●       LES : Navier Stokes 3D compressible
●       Schémas centrés
●       Non structuré
●       Massivement parallèle
●
        Modèles Gaz Réel1



    1
        Thomas Schmitt, Doctorant CERFACS
                                                  12
Application du supercritique : jet rond
     L'expérience

                                1


                                                  Cible (K)
                                                   120
                                                   130
             ●   Mesures difficiles
                 à haute pression


1
    Mayer et al., Heat and Mass Transfer (2003)               13
Application du supercritique : jet rond
                                1
      ●   Cas d'injections




1
    Mayer et al., Heat and Mass Transfer (2003)     14
Application du supercritique : jet rond
    ●   Maillage

    900 000 points
    5 500 000 tétrahèdres

    ●   Conditions Limites




                   + turbulence injection

●   Schéma d'ordre 3 type Taylor Galerkin
                                                  15
Application du supercritique : jet rond




           5              10              15




           5              10              15
                                          16
Application du supercritique : jet rond
               Ligaments




           5               10             15




           5               10             15
                                          17
Application du supercritique : jet rond




           5              10              15




           5              10              15

                                          18
Application du supercritique : jet rond




           5              10              15




           5              10              15

                                          19
Application du supercritique : jet rond
  Coupe longitudinal de densité moyenne




                                          20
Application du supercritique : jet rond
                          Angle d'ouverture




     2x




                                                   1           2




1
  Dimotakis, AIAA Journal (1986)
2
  Papamoschou and Roshko, Journal of Fluid Mechanics (1988)
                                                              21
Conclusions

●   Etude globale du supercritique

●   Apprentissage d'un code de calcul LES: AVBP

●   Réalisation d'une simulation d'un jet
    supercritique (Cas B)

●   Préliminaires de thèse SNECMA : jets coaxiaux
    réactifs, intéractions multijets
                                                    22
Merci pour votre attention



                             23
Implémentation Gaz Réel dans AVBP :

●   Température



●   Modification des Jacobiennes non visqueuses



●   Conditions Limites Caractéristiques



                                                  24
Jet rond non réactif supercritique

Angle d'ouverture :
 Fiabilité de la comparaison théorie-expérience :




                                                    25

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  • 1. Projet de fin d'étude LES en environnement supercritique : Application moteurs fusées Anthony Ruiz Maître de stage : B. Cuenot Laboratoire d'accueil : CERFACS 12 septembre 2008 1
  • 2. Plan de présentation ● Pourquoi étudier le supercritique ? ● Qu'est ce que le supercritique ? ● Application du supercritique : jet rond ● Conclusions 2
  • 3. Pourquoi étudier le supercritique ? Compétitivité = 1 – Fiabilité 2 – Prix Les moteurs cryotechniques : ● allumage ● Instabilités hautes fréquences 3
  • 4. Pourquoi étudier le supercritique ? ● Interaction jets turbulents = > instationnaire ● Pression : 110 bar ● T injecteur = 100 K T chambre = 3500 K SUPERCRITIQUE 4
  • 5. Pourquoi étudier le supercritique ? Liquide Supercritique Chehroudi et al., International Journal of Heat and Fluid Flow (2002) 5
  • 6. Plan de présentation ● Pourquoi étudier le supercritique ? ● Qu'est ce que le supercritique ? ● Application du supercritique : jet rond ● Conclusions 6
  • 7. Qu'est ce que le supercritique ? Pdv Microscopique Pression = “Force de rebond” Gaz parfait Gaz réel ●Pas ●Forces de d'intéraction Van der Waals 7
  • 8. Qu'est ce que le supercritique ? Thermodynamique Gaz Réel GParfait 8
  • 9. Qu'est ce que le supercritique ? Equation d'état 1 Peng Robinson : Forces attractives =f(T) Volume exclu Point critique Proche du point critique Facteur acentrique 1 Peng and Robinson, Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals (1976) 9
  • 10. Qu'est ce que le supercritique ? Coefficient de transport GRéel GRéel GParfait GParfait ● 1 ● Modèle de Chung 1 Chung et al. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals (1984) 10
  • 11. Plan de présentation ● Pourquoi étudier le supercritique ? ● Qu'est ce que le supercritique ? ● Application du supercritique : jet rond ● Conclusions 11
  • 12. Application du supercritique : jet rond AVBP ● LES : Navier Stokes 3D compressible ● Schémas centrés ● Non structuré ● Massivement parallèle ● Modèles Gaz Réel1 1 Thomas Schmitt, Doctorant CERFACS 12
  • 13. Application du supercritique : jet rond L'expérience 1 Cible (K) 120 130 ● Mesures difficiles à haute pression 1 Mayer et al., Heat and Mass Transfer (2003) 13
  • 14. Application du supercritique : jet rond 1 ● Cas d'injections 1 Mayer et al., Heat and Mass Transfer (2003) 14
  • 15. Application du supercritique : jet rond ● Maillage 900 000 points 5 500 000 tétrahèdres ● Conditions Limites + turbulence injection ● Schéma d'ordre 3 type Taylor Galerkin 15
  • 16. Application du supercritique : jet rond 5 10 15 5 10 15 16
  • 17. Application du supercritique : jet rond Ligaments 5 10 15 5 10 15 17
  • 18. Application du supercritique : jet rond 5 10 15 5 10 15 18
  • 19. Application du supercritique : jet rond 5 10 15 5 10 15 19
  • 20. Application du supercritique : jet rond Coupe longitudinal de densité moyenne 20
  • 21. Application du supercritique : jet rond Angle d'ouverture 2x 1 2 1 Dimotakis, AIAA Journal (1986) 2 Papamoschou and Roshko, Journal of Fluid Mechanics (1988) 21
  • 22. Conclusions ● Etude globale du supercritique ● Apprentissage d'un code de calcul LES: AVBP ● Réalisation d'une simulation d'un jet supercritique (Cas B) ● Préliminaires de thèse SNECMA : jets coaxiaux réactifs, intéractions multijets 22
  • 23. Merci pour votre attention 23
  • 24. Implémentation Gaz Réel dans AVBP : ● Température ● Modification des Jacobiennes non visqueuses ● Conditions Limites Caractéristiques 24
  • 25. Jet rond non réactif supercritique Angle d'ouverture : Fiabilité de la comparaison théorie-expérience : 25