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Dissertations / Theses on the topic 'Brûleurs à gaz – Simulation par ordinateur'
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1
Truffin, Karine. "Simulation aux grandes échelles et identification acoustique des turbines à gaz en régime partiellement prémélangé." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2005. http://oatao.univ-toulouse.fr/7719/1/truffin1.pdf.
Full textAbstract:
Dans les foyers aéronautiques, une des stratégies adoptée pour réduire l'émission de polluants et faciliter la stabilisation de la flamme, est d'injecter séparément les réactifs dans la chambre de combustion. L'objectif de cette thèse est de développer et de valider l'approche LES (Large Eddy Simulation) de la combustion turbulente partiellement prémélangée dans les turbines à gaz. La conception des nouvelles chambres de combustion moins polluantes, passe par la compréhension de phénomènes instationnaires, tels que les instabilités de combustion. Dans ce contexte, des méthodes pour identifier la réponse de la chambre aux perturbations acoustiques, responsables des instabilités, sont étudiées et améliorées. Dans un premier temps, une étude bibliographique rappelle les caractéristiques essentielles de trois types de combustion rencontrés dans les turbines à gaz (prémélange, diffusion, prémélange partiel). Un état de l'art sur la réduction des schémas cinétiques est proposé à l'issu duquel des schémas cinétiques réduits à deux et quatre étapes sont présentés. Ces schémas ont été développés et validés dans cette thèse. Le modèle de flamme épaissie dynamiquement a été spécialement étendue dans cette thèse aux schémas cinétiques multi-réactions (DTF_MS) en prenant en compte les termes sources de toutes les espèces. Il est intégré dans le code LES AVBP. Ces modèles de combustion doivent prendre en compte les spécificités de la réaction et de l'écoulement: zones de mélange, prémélange à richesse variable, interactions flamme/turbulence, émission de polluants. La deuxième partie décrit les méthodes de mesure des fonctions de transfert. Deux méthodes (FTF et ITM), couramment utilisées numériquement et expérimentalement pour identifier la réponse de la flamme, sont comparées. La formulation FTF est améliorée pour être pleinement compatible avec les approches ITM dans le cadre de l'acoustique linéaire 1D. La troisième partie présente l'étude d'un brûleur propane/air, installé au laboratoire EM2C(Ecole Centrale, Paris). Cette partie représente un premier cas de validation de la LES réactive dans une configuration académique non prémélangée. Les nombreuses comparaisons avec l'expérience permettent de vérifier la qualité de la LES et de mettre en évidence les points à améliorer, en particulier la modélisation de la cinétique. L'évaluation de la réponse instationnaire de la flamme soumise à des perturbations acoustiques est réalisée en comparant les moyennes de phase LES/expérience et en déterminant les fonctions de transfert. Les résultats justifient l'utilisation des méthodes FTF étendues. Enfin, les simulations d'un prototype de brûleur industriel (installé au DLR Institut Technologique de Propulsion à Cologne) ont permis de valider différents points. Tout d'abord, elles montrent que les modèles de combustion sont applicables à une géométrie aussi complexe. Ensuite, elles permettent une première validation des modèles développés dans cette thèse. Les champs moyens obtenus avec deux schémas cinétiques (deux et quatre étapes) sont comparés. Enfin, elles rendent compte de phénomènes instationnaires complexes, tels que les PVC ("Precessing Vortex Core"), les couplages acoustique/hydrodynamique et les instabilités de combustion.
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Talvy, Samuel. "Airlift et colonne à bulles en écoulement gaz-liquide et gaz-liquide-solide." Toulouse, INSA, 2003. http://www.theses.fr/2003ISAT0031.
Full textAbstract:
Cette these s'inscrit dans l'axe de recherche " hydrodynamique physique et physico-chimique des reacteurs polyphasiques du laboratoire d'ingenierie des procedes et de l'environnement. Le premier objectif est d'etendre les travaux de la mecanique des fluides numeriques (m. F. N. ) A l'analyse de l'hydrodynamique et du melange gaz-liquide et gaz-liquide-solide en airlift puis de tester les potentialites de la m. F. N. Pour reproduire le fonctionnement des colonnes a bulles. Puis le deuxieme objectif est de proposer des modeles beaucoup plus simples pour calculer les airlifts et les colonnes a bulles : modele filaire. Les resultats obtenus avec la m. F. N. Fourniront des fermetures aux problemes des modeles simples. Les resultats des simulations numeriques et filaires sont systematiquement compares aux resultats experimentauxThis thesis is in the axe of "hydrodynamic physics and physico-chemical of the multiphase devices of the laboratoire d'ingenieries des procedes et de l' environnement. The prime objective is to extend the existing work of computational fluid dynamics (cfd) by analysing the hydrodynamics and mixing in gas-liquid and gas-liquide-solid flows in airlift then to test the potentialites of cfd modelling to simulate bubble columns. The second objective is to propose simpler models to calculate the airlifts and bubble olumns : 1d model. The results obtained with cfd will provide closure relations for the problems of the 1d model. The results of the numerical simulation and 1d are systematicly compared to the experimental results
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Richard, Simon. "Enrichissement chimique dû à une collision majeure entre des galaxies spirales riches en gaz." Thesis, Université Laval, 2008. http://www.theses.ulaval.ca/2008/25075/25075.pdf.
Full text
4
Tekam, Sydney-Miles. "Modélisation et simulation numérique d'écoulements gazeux chargés de particules d'huile dans un circuit de décantation de moteur." Paris, ENSAM, 2006. http://www.theses.fr/2006ENAM0016.
Full text
5
Bernier, Michel. "Modélisation d'un coeur de pile au gaz naturel." Aix-Marseille 1, 1999. http://www.theses.fr/1999AIX11034.
Full textAbstract:
Une pile a combustible est un generateur d'energie electrique qui permet de transformer directement l'energie chimique du combustible en energie electrique. L'attrait des piles a combustible reside principalement dans les hauts rendements thermodynamiques des processus electrochimiques mis en oeuvre (de l'ordre de 80-90%) en cogeneration electricite-chaleur. Le developpement et le test de piles a oxydes solides met en oeuvre des materiaux couteux et des techniques experimentales pointues. Comme toujours dans pareil cas, la simulation est un outil attrayant. A partir de travaux existant sur la simulation d'une cellule unite, nous proposons un modele etendu a un empilement constitue d'un grand nombre de cellules. La simulation peut ainsi etre utilisee pour le developpement de systemes complets. Pour ce faire, on ne peut resoudre les equations fines utilisees sur la cellule unite en raison de la puissance de calcul des ordinateurs actuels et de leur capacite memoire limitees. Deux approches ont ete etudiees et comparees : l'utilisation des techniques d'homogeneisation, ou la cellule unite est vue comme un point ou un materiau homogene. La determination d'un comportement effectif d'une cellule unite, a partir d'un modele numerique de celle ci. La discretisation des equations obtenues par les deux approches a permis le developpement informatique d'un modele tenant compte des principaux phenomenes electrochimiques et thermiques mis en jeu. Le code resultant permet la simulation numerique en 3 dimensions d'espace du fonctionnement d'un coeur de pile au gaz naturel.
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Chagras, Valérie. "Simulation eulérienne-lagrangienne d'écoulements gaz-solide non isothermes : intéractions particules-turbulence, application aux écoulements en conduite." Nancy 1, 2004. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007697.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail est de contribuer à la modélisation numérique des écoulements turbulents gaz-particules en conduite horizontale ou verticale non isotherme, présents dans de nombreux procédés industriels (transport pneumatique, séchage, ). Le modèle repose sur une approche eulérienne-lagrangienne permettant une description fine des mécanismes d'interactions entre les deux phases (action du fluide sur les particules (dispersion), action des particules sur le fluide (couplage two-way ) et interactions inter-particulaires (collisions)), plus ou moins influents selon les caractéristiques de l'écoulement. Les développements numériques apportés au modèle en conduite verticale et horizontale ont été validés par comparaison avec les résultats expérimentaux disponibles dans la littérature. Les tests de sensibilité ont mis en évidence l'influence du modèle de dispersion, des collisions et de la modulation de la turbulence sur le comportement dynamique et thermique de la suspensionThe aim of this work is to contribute to the numerical modeling of turbulent gas-solid flows in vertical or horizontal non isothermal pipes, which can be found in many industrial processes (pneumatic transport, drying, ). The model is based on an Eulerian-Lagrangian approach allowing a fine description of the interactions between the two phases (action of the fluid upon the particles (dispersion), action of the particles upon the fluid (two way coupling) and between particles (collisions)), more or less influential according to the characteristics of the flow. The numerical developments brought to the model in vertical and horizontal pipe flow have been validated by comparison with available experimental results from the literature. The sensitivity tests highlight the influence of the dispersion model, collisions and turbulence modulation on the dynamic and thermal behavior of the suspension
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Joseph, Annick. "Étude expérimentale et modélisation du séchage du papier par infrarouge gaz." ENSMP, 1997. http://www.theses.fr/1997ENMP0823.
Full textAbstract:
Cette étude porte sur les transferts couples de chaleur et de masse dans une feuille de papier soumise à un flux de chaleur infrarouge gaz. Un outil expérimental a été conçu afin d'obtenir des courbes caractéristiques de séchage infrarouge à forte densité de puissance pour différents types de papier. Le banc fixe de séchage ainsi construit, permet de mesurer en continu la masse et la température d'une feuille de papier soumise à un flux de chaleur par rayonnement, dans des conditions proches de celles rencontrées en papeterie. Les paramètres essentiels tels que la densité de puissance des brûleurs, le temps d'exposition et l’humidité initiale de la feuille de papier sont réglables. Une procédure expérimentale et un principe de traitement des données ont permis d'obtenir l’évolution de la température et de la masse moyennes d'une feuille de papier pour différentes conditions opératoires. Les principaux résultats liés aux cinétiques de séchage sont analysés. En s'appuyant sur une analyse bibliographique et après une étude comparative de différents types de modèle de séchage, un outil numérique de simulation a été développé. Basé sur un modèle de séchage par infrarouge adapte à la configuration du banc fixe, les équations de conservation de la masse et de l’énergie sont formulées en régime instationnaire pour une géométrie monodimensionnelle. Ces mêmes équations sont discrétisées selon la méthode des volumes finis, la résolution numérique du système non linéaire étant réalisée par itérations successives. Une étude de sensibilité permet une analyse des mécanismes fondamentaux liés au séchage et d’interpréter les résultats expérimentaux observés sur le banc de séchage. Les résultats du modèle sont par la suite comparés à ceux obtenus sur le banc fixeThis study deals with heat and mass transfer in a paper sheet exposed to gas infrared heat flux. An experimental tool has been developped to achieve characteristic high density infrared drying curves for different types of papers. The bench enables to continuously measure paper sheet mass and temperature. The infrared flux conditions are similar to those in paper machines. The infrared density is close to 100kW/m2. Paper exposition to infrared flux is inferior to a second. Critical parameters such as burners power density, exposure duration and initial moisture content of paper are adjustable. An experimental procedure as well as a data processing have led to a paper sheet average mass and temperature evolution in different operating conditions. Experiment with thermocouples inside a sheet of paper have also been carried out. Main results related to drying kinetics are analysed. Based on a litterature review and after a comparison of different drying models, a numerical tool has been developped. Adapted to the bench configuration, unsteady state energy and mass conservation equations for monodimensional geometry are formulated. An analysis on sensitivity enables both to understand mechanisms related to drying and to interpret experimental results from the rig. Following, results are analysed and compared with experimental data
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Gillé, Serge. "Mise au point et validation expérimentale de modèles numériques pour la réduction de polluants dans la combustion industrielle du gaz naturel." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1997. http://www.theses.fr/1997ECAP0566.
Full textAbstract:
L'optimisation des procédés, de plus en plus poussée et nécessaire pour remplir les exigences du marché, nécessite une meilleure compréhension des phénomènes physiques impliques. Dans le domaine de la combustion, des outils d'analyse très performants ont été développés. Malheureusement ces outils sont souvent très chers et compliqués à mettre en œuvre et de ce fait ils sont accessibles uniquement aux grandes entreprises équipées de laboratoires importants. Le but du présent travail a été de développer des méthodes d'analyse performantes accessibles aux petites et moyennes entreprises (PME). Dans ce but, 3 outils ont été développés : - Un code de simulation numérique utilisant le modèle de la flamme cohérente. La convivialité étant une exigence primaire de la part des utilisateurs, le programme a été muni d'un interface graphique. - Une méthode d'analyse de gaz en continu permettant d'accélérer de 40 à 50 fois, par rapport à une méthode classique ‘pas à pas’, l'acquisition des valeurs de concentrations chimiques. - La tomographie de flamme, utilisant une méthode bien connue dans le domaine médical, permettant de visualiser le front de flamme dans un écoulement tridimensionnel d'un brûleur industriel. Mettant en œuvre du matériel existant ou du matériel standard à coût réduit, ces techniques devraient être a la portée de tout PME soucieuse d'améliorer ses méthodes d'analyse de brûleurs.
9
L'Huillier, Benjamin. "Formation des galaxies : rôle de l'accrétion du gaz." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066663.
Full textAbstract:
De récents travaux fondés sur des simulations cosmologiques ont montré l’importance de l'accrétion de gaz dans la formation des galaxies,parallèlement à la formation hiérarchique par fusion. Dans cette thèse, nous avons utilisé des simulations cosmologiques hydrodynamiques multi-zoom centrées sur un environnement dense, afin d’étudier en détail la formation des galaxies. Dans un premier temps, nous avons détecté les halos de matière noire et les galaxies à chaque sortie des simulations. Pour la détection des galaxies, nous avons exploré l'espace des paramètres afin de déterminer les paramètres idoines. Nous avons ensuite pu construire les arbre de fusions modélisant l'évolution des galaxies et des halos de matière noire. Nous avons ensuite étudié les propriétés de notre environnement et son influence sur la fonction de masse des halos et des galaxies, ainsi que son évolution temporelle. Nous avons trouvé une tendance hiérarchique, avec de petites structures qui se forment en premier avant de fusionner pour former des structures plus massives. Nous avons ensuite étudié le contenu baryonique de ces halos, et l'évolution de ces baryons dans quatre phases : étoiles, gaz diffus, condensé, et chaud. Finalement, nous avons étudié les relations entre la dispersion de vitesse et la masse des galaxies et des halos. La dernière partie de cette thèse est consacrée à la manière dont les galaxies ont assemblé leur masse, en différeciant la masse assemblée par fusions et le gaz accrété par les filaments.
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Haroun, Yacine Legendre Dominique. "Étude du transfert de masse réactif gaz-liquide le long de plans corrugués par simulation numérique avec suivi d'interface." Toulouse : INP Toulouse, 2009. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000700.
Full text
11
Etchebarne, Thierry. "Contribution à l'étude de phénomènes instables dans une chaudière à gaz domestique." Nantes, 2003. http://www.theses.fr/2003NANT2092.
Full textAbstract:
Des problèmes d'instabilités apparaissent souvent lors du développement des systèmes énergétiques complexes. Le travail présenté dans ce mémoire traite de la déstabilisation de chaudières étanches à gaz ( puissance nominale : 30 kW). L'étude bibliographique révèle la présence de deux éléments susceptibles de contribuer au dysfonctionnement du système : le ventilateur ( phénomène de pompage) et le processus de combustion (instabilité de combustion). Outre une caractérisation précise de l'instabilité ( fréquence et amplitude), une étude expérimentale permet d'identifier la combustion comme le processus jouant un rôle majeur dans la déstabilisation du système. Le mode acoustique déstabilisé est le mode en volume du système (mode de Helmholtz) : l'instabilité observée est une instabilité de combustion système. Un scénario dans lequel un couplage entre l'acoustique de l'installation et la combustion associé à la présence de fluctuations de composition du prémélange est avancé pour expliquer la déstabilisation du système. Par ailleurs, un critère de stabilité reliant la fréquence de l'instabilité au temps caractéristique de transport du mélange dans le bras de brûleur est proposé. La seconde partie de ce mémoire présente l'élaboration et à la validation d'un outil de simulation capable de prédire l'apparition des instabilités basses fréquences rencontrées. Compte tenu du domaine fréquentiel déstabilisé, une modélisation reposant sur les hypothèses d'incompressibilité du gaz dans les conduits et d'une évolution quasi-statique des grandeurs est retenue. Une attention particulière est consacrée à l'élaboration d'un modèle mono-dimensionnel de l'écoulement dans le bras de brûleur. Les limites de l'approche mono-dimensionnelle de cet écoulement conduisent à définir un modèle phénoménologique du temps de transport du mélange. La comparaison satisfaisante des résultats expérimentaux et numériques montre la cohérence de la démarche et la validité des modèles utilisés.
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Chlendi, Mohamed. "Séparation de gaz par adsorption modulée en pression." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1993. http://www.theses.fr/1993INPL048N.
Full textAbstract:
L'objet de ce travail est la conception, l'étude et le dimensionnement d'opérations multicolonnes et multiadsorbants. Le travail présenté est surtout de nature méthodologique: il s'agit de développer et de tester des nouveaux outils et des nouvelles méthodes ayant un caractère assez géneral. Néanmoins, l'ensemble de cette étude s'appuiera sur une application proposée par le partenaire industriel de cette recherche: il s'agit de la production d'hydrogène pur par adsorption modulée en pression (PSA), à partir de gaz de cracking du gaz naturel. On a développé les modèles mathématiques utilisés pour simuler le procédé PSA ainsi que les méthodes de résolution adéquates. La description du logiciel de simulation PSASIM et ses différentes fonctionnalités sont illustrées par un exemple de procédé à 6 étapes et 2 colonnes. On a utilise PSASIM pour déterminer la longueur des couches d'adsorbant et la durée des étapes isobares. La caractérisation du fonctionnement global d'un procédé PSA est développée dans le dernier chapitre. On spécifie les différents critères de performance à étudier ainsi que les paramètres influents. On y développe deux démarches: plan d'expériences et réseau de neurones, qui conduisent à des polynômes ou des procédures simples donnant les performances en fonction des paramètres opératoires
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El, Golli Rami Ben Salem. "Etude de stabilité et modélisation des détendeurs de gaz." Paris, ENMP, 2003. http://www.theses.fr/2003ENMP1210.
Full text
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Barrios, Piña Héctor Alfonso. "Développement d'un code de calcul non Boussinesq dédié aux écoulements de gaz chauffé de convection naturelle." Aix-Marseille 3, 2010. http://www.theses.fr/2010AIX30015.
Full textAbstract:
L'analyse numérique des écoulements des gaz chauffés, particulièrement à faible vitesse, est souvent réalisée à partir d'hypothèses restrictives (approximation de Boussinesq et approximation à faible nombre de Mach). Ces hypothèses restrictives décrivent les écoulements d'un gaz plus ou moins tronqué de sa réalité physique et ne sont pas toujours faciles à valider. C'est pourquoi le principal objectif de ce travail est de mettre en œuvre un outil numérique qui permette de tester les hypothèses utilisées. Pour cela, un code de simulation numérique à masse volumique variable est entièrement développé pour l'étude des écoulements des gaz chauffés en régime de convection naturelle, forcée ou mixte, laminaire ou de transition. Les équations de bilan dynamique et énergétique sont résolues sans approximation restrictive, en milieu non radiatif et sans apport significatif de chaleur par dissipation de l'énergie cinétique. La loi des gaz parfaits est utilisée comme loi d'état. La résolution du système d'équations discrètes repose sur un algorithme de type prédiction-correction en utilisant des différences finies centrées pour la discrétisation spatiale et la méthode de Crank-Nicolson pour la discrétisation temporelle. La démarche numérique est validée à l'aide de solutions analytiques et de la cavité différentiellement chauffée. Ensuite, différents types d'écoulements présentant une difficulté croissante à la fois du point de vue numérique et physique sont traités et discutés. Ces configurations évoluent sur le plan de la physique d'un milieu confiné (cavité fermée différentiellement chauffée), puis un milieu semi-confiné (canal avec une marche), jusqu'à un milieu ouvert (jet plan libre)Numerical analyses of heated gas flows, particularly at low speeds, are often performed with the aid of simplifying assumptions. These restrictive assumptions represent the flow of a gas somewhat truncated in its real state and are not easy to validate. Therefore, the main objective of this work is to develop a numerical tool to validate the commonly used approximations. For this reason, a numerical code for variable-density flows is fully developed to study heated gases in natural, forced or mixed convection, in both laminar and transitional flow regimes. The dynamic and energy conservation equations are solved without simplifying assumptions (such as the Boussinesq approximation and the low Mach number approximation), in a non-radiative field and with negligible viscous dissipation. The ideal gas law is used as state law. The coupled set of equations is solved with an iterative predictor-corrector algorithm, which uses a second-order finite difference formulation for the spatial discretization, and the Crank-Nicolson method for the time discretization. The numerical method is validated using analytical solutions as well as the differentially heated cavity problem. Three flows of increasing numerical and physical complexity are then investigated. These flows physically progress from a confined flow (differentially heated closed cavity), then a semi-confined flow (backward facing step) to an open flow (a free-plane jet)
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Berlemont, Pierre. "Etude de la temperature des ions negatifs et resultats de simulations numeriques des plasmas multipolaires d'hydrogene." Caen, 1990. http://www.theses.fr/1990CAEN2030.
Full textAbstract:
Une nouvelle technique de diagnostic, le photodetachement a deux lasers, est decrite. Elle permet de mesurer la vitesse thermique des ions negatifs et est appliquee ici au plasma d'hydrogene d'une source multipolaire. Une etude theorique de la dynamique du plasma engendree par le photodetachement dans les instants qui suivent le tir laser, a l'aide des equations de vlasov et poisson, permet de deduire des mesures la temperature des ions negatifs. Les resultats montrent que ceux-ci sont plus chauds que prevus par la theorie a leur formation. Par ailleurs, nous presentons des resultats de simulations de differentes sources de production en volume d'ions negatifs effectuees sur un code numerique zero-dimensionnel. En particulier, les spectres des molecules d'hydrogene vibrationnellement excitees sont confrontes avec des resultats experimentaux. Ces comparaisons font ressortir un bon accord qualitatif general, voire quantitatif sur beaucoup de valeurs, et permettent la validation du code utilise
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Duguet, Yohann Scott Julian. "Simulation numérique de l'instabilité dans un cylindre de gaz tournant soumis à une compression périodique." Ecully : Ecole centrale, 2004. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/yduguet.pdf.
Full text
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Duguet, Yohann. "Simulation numérique de l'instabilité dans un cylindre de gaz tournant soumis à une compression périodique." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2004. http://www.theses.fr/2004ECDL0021.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse porte sur la simulation numérique directe d'une nouvelle instabilité hydrodynamique dans les écoulements de gaz tournants confinés. Il confirme les résultats analytiques proposés par J. F. Scott et J. P. Racz (2001) et sur le travail expérimental de L. Graftieaux (2003). Le mécanisme de résonance paramétrique proposé prédit la croissance conditionnelle de certaines de modes inertiels couplés aux oscillations harmoniques d'un piston. La méthode numérique est basée sur l'hypothèse d'axisymétrie de l'écoulement et s'appuie sur une méthode spectrale de type Galerkin. Le caractère singulier des conditions aux limites de la vitesse dans les coins du cylindre impose un traitement spécial et nécessite la réécriture complète d'un code de calcul. Ce traitement repose sur la soustraction d'un champ singulier déterminé de façon analytique. Un diagramme de stabilité marginale associé à un mode donné, ainsi qu'une exploration du régime non-linéaire, ont été effectuésThis work concerns the direct numerical simulation of a new instability phenomenon occuring in confined rotating gas flows. It confirms the analytical results of J. F. Scott and J. P. Racz (2001) and the experimental work of L. Graftieaux (2003). A parametric resonance mechanism leads to conditional growth of inertial mode pair coupled by harmonic oscillations of a piston. A numerical code was developed under the assumption of axisymmetry of the flow, based on a galerkin-type spectral method. Special treatment of the velocity singularities in the cylinder corners is based on the substraction of an analytical lly specified flow the mimics the corner singularities. The results allow complete characterization of inertial mode pairs coupled by resonance, with particular attention focused on the primary axisymmetric mode studied experimentally. A marginal stability diagram and an exploration of the nonlinear regime were performed
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Combe, Laure. "Simulation numérique d'écoulements gaz-particules sur maillage non structuré." Toulouse, INPT, 1997. http://www.theses.fr/1997INPT133H.
Full textAbstract:
On s'interesse a la simulation d'ecoulements diphasiques compressibles instationnaires sur maillage non structure par des methodes volumes finis decentrees. On retient un modele a deux fluides a quatre equations pour la simulation d'ecoulements gaz-particules. Le systeme de convection associe est non conservatif et conditionnellement hyperbolique. On ne sait pas resoudre le probleme de riemann unidimensionnel associe et l'on ne peut pas demontrer le respect du principe du maximum pour la variable fraction volumique. On propose alors une methode a pas fractionnaires pour la resolution de ce systeme de sorte que le principe du maximum soit preserve dans chacun des sous-pas. Chaque sous-systeme est resolu par un solveur de type godunov ou roe avec une discretisation appropriee des termes non conservatifs. Des tests bidimensionnels comprenant des ondes de detente et de choc sont presentes et montrent que l'algorithme traite correctement les chocs forts. On presente ensuite les resultats de la simulation d'un ecoulement stationnaire dans une tuyere et des simulations fortement instationnaires de lits fluidises denses. Ces simulations ont montre la capacite de l'algorithme a gerer les ecoulements ou le taux de compactage des particules peut avoisiner le maximum. On etudie ensuite un modele homogene a trois equations qui suppose la vitesse de glissement entre phases nulle. Le systeme de convection associe est alors inconditionnellement hyperbolique et conservatif. Ceci nous permet de resoudre le probleme de riemann monodimensionnel associe et l'on montre que le respect du principe du maximum est assure si la modelisation de la pression intergranulaire est adequate. On choisit de mettre en uvre un schema recemment propose pour la resolution des systemes hyperboliques complexes. Des simulations bidimensionnelles sont presentees et comparees avec les resultats obtenus par le modele a deux fluides a quatre equations
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Benmedjadi, Abdelkader. "Etude des méthodes de simulations numériques par codes eulériens de Vlasov pour les plasmas chauds." Nancy 1, 1991. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_1991_0040_BENMEDJADI.pdf.
Full textAbstract:
Notre travail entre dans le cadre d'une étude numérique de la physique des plasmas, et, plus particulièrement la résolution numérique du système Vlasov-Poisson par codes eulériens. La fonction de distribution qui obéit à l'équation de Vlasov, possède la propriété d'osciller au cours du temps avec des longueurs d'onde de plus en plus petites, et fait apparaître des microstructures. D'un point de vue numérique, tout schéma est basé sur un échantillonnage de l'espace des phases avec une grille spatiale X et une grille dans l'espace des vitesses V. Il est évident que lorsque la microstructure devient aussi petite que XV, le code numérique ne peut plus suivre correctement la solution mathématique de l'équation de Vlasov. Il se produit un lissage (perte de la microstructure) dû à l'échantillonnage. D'un point de vue physique, nous avons montré que la perte de la microstructure n'influe pas sur le comportement physique ultérieur du plasma. L'étude de l'évolution au cours du temps de l'entropie du système ou plus généralement de la fonction H nous a permis de répondre à ces questions.
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Benazzouz, Tewfik. "Modélisation numérique de plasmas en écoulements turbulents : application au cas de l'argon." Rouen, 1999. http://www.theses.fr/2000ROUES029.
Full textAbstract:
Cette thèse a pour thème la modélisation de gaz ionisés en écoulement turbulent avec comme application le développement d'un modèle adapté pour la prédiction des concentrations des espèces chargées et de leurs fluctuations. L'application concrète de cette thèse est donc relative à la rentrée atmosphérique d'engins spatiaux et plus particulièrement à la signature électromagnétique du sillage de ces engins. Le travail peut être découpé en trois parties : la première regroupant les chapitres 2 à 4 donne les bases de la modélisation, la deuxième (chapitres 5 à 7) développe les différents aspects numériques et la troisième (chapitres 8 à 9) présente les résultats et leurs interprétations.
21
Taillefet, Thierry. "Combustion en milieu confiné d'un mélange pauvre initiée par un jet de gaz chauds." Poitiers, 1999. http://www.theses.fr/1999POIT2299.
Full textAbstract:
Les travaux presentes dans ce memoire concernent l'etude, a la fois experimentale et numerique, de l'initiation et du developpement d'une combustion au sein d'un melange prealable pauvre, en milieu confine, au moyen d'un allumeur a jet de gaz chauds de type pjc (pulsed jet combustor). Dans la partie experimentale, nous etudions le developpement de la combustion initiee par pjc, tout d'abord lorsque le melange pauvre contenu dans la chambre est initialement au repos, puis lorsque ce melange est soumis a l'action conjuguee d'une compression et d'une turbulence de grille. Nous avons montre que la superiorite du pjc sur la bougie conventionnelle est d'autant plus prononcee qu'une injection de melange prealable riche a lieu dans la cavite (cavite adjacente a la chambre servant a generer le jet reactif turbulent). Par ailleurs, nous avons montre que les conditions hydrodynamiques et thermodynamiques regnant dans cette cavite au moment de l'etincelle conditionnent le developpement ulterieur de la combustion non seulement dans celle-ci, mais aussi dans la chambre principale. Dans la partie numerique, une modelisation du developpement de la flamme issue du pjc, au sein d'un milieu pauvre initialement au repos dans une enceinte adiabatique de memes dimensions que celle utilisee experimentalement, a ete realisee au moyen d'un code 2d instationnaire de type simple integrant un modele de turbulence $$ - $$ et un modele de combustion turbulence bray - moss - libby s'appliquant en regime des flammelettes. Un accord qualitatif, en terme de comportement de flamme, entre les champs de taux de production chimique moyen calcules numeriquement et les photographies strioscopiques a ete obtenu.
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Petit, Geoffrey Hemati Mehrdji Simonin Olivier. "Contribution à l'étude expérimentale et numérique du comportement des phases gaz et solide dans un lit fluidisé circulant application au procédé FCC /." Toulouse : INP Toulouse, 2006. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000268.
Full text
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Petit, Geoffrey. "Contribution à l'étude expérimentale et numérique du comportement des phases gaz et solide dans un lit fluidisé circulant : application au procédé FCC." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2005. http://oatao.univ-toulouse.fr/7439/1/petit.pdf.
Full textAbstract:
Le réacteur polyphasique du procédé FCC (Fluid Catalytic Cracking) met en jeu des transferts couplés de chaleur et de matière accompagnés par des transformations chimiques rapides. L'anisotropie de l'écoulement dans ce type de réacteur est à l'origine de l'existence de différentes zones se comportant différemment vis-à-vis du mélange. Ces particularités des lits fluidisés circulants peuvent avoir des conséquences directes sur la sélectivité et le rendement du réacteur industriel. Ce travail a pour objectif d'étudier l'influence des paramètres opératoires sur le mélange gaz-solide dans le riser d'un pilote froid de FCC. L’étude expérimentale repose sur la caractérisation du mélange gaz-solide en suivant l’évolution spatio-temporelle de la concentration d’un traceur pour chaque phase. A l'issue de cette étude, nous avons conclu que les phénomènes de recirculation de solide se font au voisinage de la paroi. Une augmentation du flux de solide se traduit par une diminution de la dispersion axiale de la phase solide, une augmentation de la dispersion axiale de la phase gazeuse et une réduction de l'écart entre le temps de séjour des phases gaz et solide. La simulation 3D, effectuée à l'aide du code de calcul Saturne_Polyphasique@Tlse, permet de reproduire la structure verticale de l'écoulement alors qu'il subsiste des lacunes quant à la prédiction de la structure radiale où aucune recirculation de solide en proche paroi n'est observée.
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Chuvatin, Alexander. "Étude des phases de conduction et d'ouverture d'un commutateur à plasma." Palaiseau, Ecole polytechnique, 1993. http://www.theses.fr/1993EPXX0019.
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Dans cette thèse nous présentons une étude expérimentale des commutateurs a ouverture de plasma (cop) dans les régimes des temps de conduction courts (ns) et des temps de conduction longs (s). Nos résultats expérimentaux sont interprétés par une étude analytique et un modèle numérique. Les cop sont maintenant très utilises avec les diodes électroniques sous vide a très fort courant (ma), les plasmas de striction magnétique (z-pinches), etc. Le caractère particulier du transport de l'énergie électromagnétique dans un cop est l'objet de nombreuses études dans le monde. Ces études sont justifiées par les applications de ces commutateurs a la technologie de très hautes puissances électriques pulsées (1-100 tw). Les caractéristiques du générateur a technologie traditionnelle (marx et lignes a eau) ont ete améliorées en utilisant le cop ns. Nous avons également entrepris une étude expérimentale du cop s sur le générateur a stockage inductif. Nous avons fait une étude systématique des différents modèles théoriques décrivant les cop ainsi que des interprétations des différentes expériences. Un nouveau mod-le a ete développé concernant le comportement du cop ns. Dans ce modèle le système est décrit en considérant que nous avons un assemblage de lignes de transmission sous vide avec un auto-isolement magnétique des électrons. L'analyse des résultats expérimentaux du cop s apporte un nouveau concept: l'onde de choc emh guidée. Dans ce phénomène, l'évolution du champ magnétique est due au courant électronique. Cependant, le mouvement des ions n'est pas négligeable derrière le front du choc magnétique car il est responsable de la dynamique de la densité du plasma
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Schmitt, Patrick Poinsot Thierry. "Simulation aux grandes échelles de la combustion étagée dans les turbines à gaz et son interaction stabilité-polluants-thermique." Toulouse : INP Toulouse, 2005. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000112.
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Abderrahmane, Benfedda. "Modélisation et simulation en dynamique d'un séparateur de pompe à chaleur à absorption : cas d'apport d'énergie par un bruleur à gaz." Toulouse, INPT, 1989. http://www.theses.fr/1989INPT002G.
Full textAbstract:
L'etude est principalement focalisee sur un des organes composant un cycle de pompe a chaleur a absorption qu'est le separateur. L'interet de l'etude de cet element reside dans son influence dynamique sur le cycle d'absorption. Il s'agit d'un echangeur au sein duquel est accompli une separation d'un melange binaire sous l'effet d'un apport d'energie assure par un bruleur a gaz de puissance 12 kw et fonctionnant en tout ou rien. L'etude proposee dans l'ouvrage est repartie en trois etapes: la premiere consiste en la modelisation et simulation de l'ensemble separateur-condenseur. La deuxieme partie traite la modelisation des autres equipements (echangeur, prechauffeur, cuve de stockage) contribuant a la continuite du cycle thermodynamique de l'installation. Le comportement en mode d'echauffement, en regime stationnaire, en mode de refroidissement et au redemarrage, constate experimentalement est reproduit de maniere quasi-parfaite par la simulation. La derniere etape de l'etude est relative a une analyse exergetique des divers appareils formant l'installation et notamment le separateur. Cette etude a permis d'etablir le rendement exergetique de ce dernier
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Saulnier, Caroline. "Modélisation numérique tridimensionnelle de l'écoulement réactif triphasique gaz-goutte-particule au sein d'un réacteur à lit fluidisé FCC." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2006. http://oatao.univ-toulouse.fr/7403/1/saulnier.pdf.
Full textAbstract:
L'utilisation d'une approche Eulérienne multifluide basée sur la théorie cinétique des milieux granulaires a permis d'effectuer la simulation instationnaire tridimensionnelle de l'écoulement dans un réacteur à lit fluidisé FCC à échelle industrielle en collaboration avec TOTAL. Les modèles utilisés de transferts et de réaction ont été comparés et implantés dans le code de calcul Saturne_Polyphasique@Tlse. Une première simulation non réactive a permis de décrire l'hydrodynamique de l'écoulement au sein du réacteur et la zone d'injection de charge. Une simulation, avec réaction de craquage, a montré l'influence de celle-ci sur le comportement hydrodynamique du lit et sur la zone d'injection. Les résultats obtenus ont été comparés aux mesures sur l'installation industrielle de Grandpuits. Ce travail a permis une meilleure compréhension des mécanismes intervenant dans l'écoulement et en particulier de l'influence de la zone d'injection de charge sur le rendement du réacteur.
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Zhang, Xiang. "Numerical simulation of gas migration properties in highly impermeable materials." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10099/document.
Full textAbstract:
L'étude de la faisabilité du stockage des déchets radioactifs à long terme pour les argilites du Callovo Oxfordien (COx) a été réalisée en tenant compte des différents scénarios d'endommagement et de rupture. Cette thèse porte sur l'étude numérique des propriétés de transfert de gaz (principalement produit par la corrosion des parties métalliques) à travers cette formation peu perméable. Les méthodes traditionnelles, basées sur les approches macroscopiques où les propriétés de transpert sont considérées comme homogènes, ne sont plus adaptées à l'étude des chemins préférentiels de transfert. Dans cette étude, des modèles morphologiques de l'espace poreux à l'échelle microscopique sont construits par l'union des excursions de champ aléatoire en utilisant les distributions des tailles de pore mesurées expérimentalement. Ensuite, des opérations morpho-mathématiques sont utilisées pour le filtrage et l'analyse d'image afin d'extraire les chemins préférentielles de transpert et de prédire la pression d'entrée de gaz, la pression de percée de gaz et le processus d'imbibitionThe feasibility study of long-term radioactive waste storage in COx argillite has been performed by considering various damage and failure scenarios. This study aims at the numerical investigation of gas (mainly produced by corrosion of metallic parts) migration properties through the low-permeable formation. Traditional methods, based on macroscopic approaches or homogeneous transport properties, are inappropriate to analyze this issue at the meso/microscopic scale. In this study, accurate porous space morphologies are constructed through union of excursions of Random Fields considering different experimental pore size distribution curves. Afterwards, morpho-mathematical operations are implemented for image filtering and analysis for the purpose of extraction of preferential gas transport pathways and prediction of gas entry pressure, gas breakthrough pressure and the following imbibition process
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Bessières, Delphine. "Modélisation des décharges électriques filamentaires." Pau, 2006. http://www.theses.fr/2006PAUU3051.
Full textAbstract:
Le développement des décharges filamentaires est à la base de l'étude des propriétés diélectriques des gaz, elle trouve cependant aujourd’hui de nombreuses applications industrielles dans divers domaines où les propriétés du plasma froid créé par le développement des couronnes de streamer sont utilisées, tels que la chimie hors équilibre pour la dépollution, le traitement de surface, ou la précipitation électrostatique. La contribution à la modélisation des décharges filamentaires de type streamer présentée dans ce travail de thèse se place dans ce contexte. Cette étude consiste d’une part en la détermination d’une méthode numérique performante, adaptée aux contraintes de la propagation des streamers, à travers la comparaison de différentes techniques de résolution des équations de continuités de plasmas. La méthode numérique choisie est alors appliquée à la modélisation bidimensionnelle de décharges filamentaires en configuration d’électrodes plan-plan et pointe-plan, dans les deux polarités. En parallèle, une nouvelle technique de maillage mobile assurant une discrétisation précise des fronts d’ionisation durant la propagation est présentée. D’autre part, une étude expérimentale sur l’initiation de la première couronne négative dans l’air en géométrie pointe-plan pour différentes configurations de pointe est proposée. Cette étude s’accompagne de simulations prenant en compte une loi de conduction dans les isolants de type Poole-Frenkle modélisant l’effet Malter en surface de la cathodeFilamentary discharges development is involved in the dielectric properties of gaseous insulators, however there has been recently a great interest also for many applications, including chemical processing applied to depollution, surface treatment, or electrostatic precipitation. In this context, the work presented here concerns a contribution to streamer discharges modelling. On one hand, the study consists in the determination of a sufficiently impressive numerical scheme to cope with streamers discharges constraints. Different advection schemes are compared, the best scheme is then applied to a two-dimensional streamer discharges modelling in point-to-plane and plane-to-plan electrode systems under positive and negative polarities. Moreover, a new moving mesh method is developed in order to track and resolve ionisation fronts during their propagation. On the other hand, an experimental study on negative corona discharge triggering in air with different cathode-point surface states is proposed. This study is presented with associated simulations which take into account conduction mecanism in the bulk of insulating layers (Poole-Frenkle law) modelling Malter effect at the cathode surface
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Cherradi, el Fadili Ibrahim. "Simulation numérique directe d'écoulements gazeux par la méthode de Monte-Carlo : application à l'étude de mélanges gazeux entre le régime continu et le régime moléculaire libre." Paris 11, 1987. http://www.theses.fr/1987PA112401.
Full textAbstract:
L'objet de cette thèse est de mettre au point un code de simulation qui permet d'étudier des écoulements de gaz raréfiés en régime de raréfaction dit de "transition", intermédiaire entre le régime continu (relevant de la mécanique des milieux continus) et le régime moléculaire libre (relevant d’une approche mathématique relativement simple). La méthode de simulation numérique utilisée est la méthode directe de Monte Carlo. Elle consiste à suivre par le calcul des milliers de "molécules simulées " ; chacune d'elles étant représentative d'un nombre beaucoup plus grand de "molécules réelles". Le gaz simulé peut être: un mélange de différents types de molécules (monoatomiques, diatomiques ou polyatomiques) en différentes proportions. La modélisation du processus de collisions intermoléculaires représente le "noyau" de la simulation : elle est basée sur les trois points essentiels suivants : - le respect de la fréquence de collision se faisant par l'utilisation de la méthode du compteur de temps de collision. - le traitement des collision avec l'hypothèse des "molécules-sphères rigides" de section fixe ou bien variable avec la vitesse relative des molécules collisionnelles. - le modèle des échanges entre énergie de translation et énergie interne des paires collisionnelles de molécules. Le bon fonctionnement et l'efficacité de l'outil numérique ainsi obtenu sont illustrés par l'étude de l'écoulement de Couette plan. En effet, les résultats des simulations ont été comparés d'une manière satisfaisante aux résultats théoriques aussi bien dans le cas d'un gaz pur que dans le cas d'un mélange. En s'éloignant progressivement du régime continu vers le régime moléculaire libre, le comportement du coefficient de viscosité a été étudié pour un gaz unique et pour un mélange. Enfin pour un mélange binaire proche du régime continu, la variation du coefficient de viscosité en fonction de la concentration relative des gaz est étudiée.
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Elqotbi, Mohammed. "Application de la dynamique des fluides (CFD) à la modélisation d'un bioréacteur gaz-liquide." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10023/document.
Full textAbstract:
Ce travail, dans sa progression méthodologique, vise la validation et la mise en oeuvre de la contribution que peut apporter la dynamique des fluides, théorique et surtout numérique, aux procédés de fermentation en cuve agitée. Son apport dans d’autres domaines où coexistent écoulements et transformations de matières ne cessent de susciter de plus en plus d’intérêt. La description fine de l’évolution du contenu d’un réacteur propose en fin de compte le scénario à venir lors de l’exploitation industrielle de l’opération étudiée. Ce mémoire présente donc une approche de ce type pour l’activité dans un réacteur lors d’une fermentation. Le mélange multiphasique en écoulement avec ses échanges interphasiques et particulièrement ici l’aspect réactif de celui-ci font l’objet d’une intégration progressive conduisant à un modèle de «fermentation numérique». Une analyse statistique du volume de données recueillies lors du déroulement d’une telle opération, permet d’en évaluer plus d’une caractéristique, et d’en tirer des informations utiles tant pour son élaboration lors de l’étude du procédé lui même que pour l’accompagnement de l’exploitation productive de celui-ci. L’étude et la compréhension des interactions et des cinétiques de transfert en milieu hétérogène permettront de maîtriser aussi le comportement des molécules aux interfaces et d’en tirer profit pour la mise au point de bio-séparations des produits obtenus. La souplesse de l’outil informatique initie la compétition de cette méthode d’évaluation par simulation d’un procédé, avec la réalité elle-même du procédé pratiqué jusqu’à présent à travers le modèle de laboratoire ou le modèle-pilote largement plus coûteux sur plus d’un plan. Les méthodes numériques adaptées à ce type de problèmes se sont bien développées ces dernières décennies et le matériel supportant le calcul lui-même ne cesse de se mettre à la portée des modestes moyens d’acquisition. La réaction biologique, à l’instar de la réaction chimique aura donc la possibilité de tirer quelques profits de ce moyen d’étude non intrusif et sans dommages économiques ou même écologiquesThis work, in its methodological progression, aims at validating and implementing the fluid dynamics contribution, both theoretical and numerical, to the fermentation processes in agitated vessels. Indeed, its contribution in other engineering fields, where material flows and transformations coexist, could arouse additional deep interest. The detailed description of the evolution of the reactor contents in the final analysis proposes the pattern that is realized during the industrial exploitation of the studied operation. The thesis thus presents an approach to a reactor performance during fermentation. Combining multiphase flow with its, inter-phase mass transfer kinetics and particularly with the reactive aspect of the latter is the subject of progressive integration leading to a model of "numerical fermentation". A statistical analysis over the bulk data collected in the course of such an operation allow to evaluate more than one characteristic, and to draw much useful information not only for the study in the stage of development of the process but also for the support of its productive exploitation. The flexibility of the data-processing tool thus developed initiates competition between this evaluation method for process simulation and the reality itself as far as such processes practised so far through laboratory models or pilot models are largely more expensive at more than one plane. The numerical methods adapted to such type of problems developed well in the last decade and the material that supports the calculation itself do not exclude employment of some modest means of acquisition. Not unlike chemical reaction engineering, biological reaction engineering would thus have the possibility to benefit of this nonintrusive technique of study excluding any economic or even ecological damage. -----------------------
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Duchêne, Christophe. "Étude numérique du refroidissement par film : phénomènes de base et application à la protection thermique des aubes de turbines." Nantes, 1995. http://www.theses.fr/1995NANT2118.
Full textAbstract:
L'objet de cette thèse concerne le refroidissement par film des aubes de turbines. La simulation numérique nous a permis d'étudier dans le détail les phénomènes d'interaction entre écoulement principal et jets de refroidissement. A cet effet, les équations de bilan des écoulements tridimensionnels, compressibles et turbulents sont intégrées sur des maillages composés de sous-domaines structures. La première partie de ce travail présente la méthode numérique utilisée: schémas numériques, modélisation de la turbulence et des échanges pariétaux. On s'efforce dans une deuxième partie d'analyser le refroidissement par film en partant de la configuration la plus simple puis en intégrant progressivement l'ensemble des facteurs qui entrent en jeu dans les moteurs. On étudie en premier lieu l'interaction entre un jet unique et un écoulement sur une plaque plane. Ceci nous a permis d'analyser en détail la zone d'émission et de mettre en évidence les processus tourbillonnaires induits. Apres avoir précisé la notion de coefficient d'échange, on quantifie l'effet des différents paramètres sur l'efficacité de refroidissement. On aborde ensuite le cas ou une rangée d'évents contribue au refroidissement et on présente un modèle analytique qui décrit le phénomène d'induction tourbillonnaire. En vue d'étendre ce travail à des configurations plus réalistes on s'attache à décrire l'influence des effets inertiels sur le refroidissement. A ce titre, l'accélération de l'écoulement principal, la courbure de la paroi puis la rotation sont successivement étudiées. On s'intéresse enfin au refroidissement par film dans le cas du passage interaube. Ce dernier point a fait l'objet de comparaisons qui révèlent un bon accord entre la simulation numérique et les résultats expérimentaux. Notre conclusion s'exprime sous forme de bilan et de perspectives.
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Haroun, Yacine. "Étude du transfert de masse réactif gaz-liquide le long de plans corrugués par simulation numérique avec suivi d'interface." Toulouse, INPT, 2008. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000700/.
Full textAbstract:
Ce travail rentre dans le cadre du développement des procédés de traitement de gaz acides et de captage de CO2. L'objectif est d'étudier numériquement les phénomènes de transferts de masse réactif dans des configurations proches de celles rencontrées dans les contacteurs de type garnissage structuré. Les écoulements considérés sont du type « film ruisselant » le long d'une géométrie corruguée cisaillé par un flux gazeux chargé d'espèces acides. Les espèces acides de la phase gaz s'absorbent dans le film liquide où elles réagissent chimiquement. Des simulations numériques sont menées afin de comprendre l'impact des propriétés physiques et géométriques sur le transfert de masse réactif, pour des gammes proches des conditions industriellesThis work is done within the framework of gas treatment and CO2 capture process development. The main objective of the present work is to fill the gap between classical experiments and industrial conditions by the use of Computational Fluid Dynamics (CFD). The physical problem considered corresponds to the liquid film flow down a corrugate surface under gravity in present of a gas phase. The chemical species in the gas phase absorb in the liquid phase and react. Numerical calculations are carried out in order to determine the impact of physical and geometrical properties on reactive mass transfer in industrial operating conditions
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Sciacovelli, Luca. "Simulation numérique d'écoulements turbulents de gaz dense." Thesis, Paris, ENSAM, 2016. http://www.theses.fr/2016ENAM0061/document.
Full textAbstract:
Les écoulements turbulents de gaz denses, qui sont d’un grand intérêt pour un large éventail d'applications, sont le siège de phénomènes physiques encore peu connus et difficiles à étudier par des approches expérimentale. Dans ce travail, nous étudions pour la première fois l’influence des effets de gaz denses sur la structure de la turbulence compressible à l’aide de simulations numériques. Le fluide considéré est le PP11, un fluorocarbure lourd, dont le comportement thermodynamique a été représenté à l’aide de différentes lois d’état, afin de quantifier la sensibilité des solutions aux choix de modélisation. Nous avons considéré d’abord la décroissance d’une turbulence homogène isotrope compressible. Les fluctuations de température sont négligeables, alors que celles de la vitesse du son sont importantes à cause de leur forte dépendance de la densité. Le comportement particulier de la vitesse du son modifie de manière significative la structure de la turbulence, conduisant à la formation de shocklets de détente. L’analyse de la contribution des différentes structures à la dissipation d’énergie et à la génération d’enstrophie montre que, pour un gaz dense, les régions de forte dilatation jouent un rôle similaire à celles de forte compression, contrairement aux gaz parfaits, dans lesquels le comportement est fortement dissymétrique. Ensuite, nous avons mené des simulations numériques pour une configuration de canal plan en régime supersonique, pour plusieurs valeurs des nombres de Mach et de Reynolds. Les résultats confirment la validité de l’hypothèse de Morkovin. L’introduction d’une loi d’échelle semi-locale prenant en compte le variations de densité et viscosité, permet de comparer les profils des grandeurs turbulentes (contraintes de Reynolds, anisotropie, budgets d’énergie) avec ces observés en gaz parfait. Les variables thermodynamiques, quant à elles, présentent une évolution très différente pour un gaz parfait et pour un gaz dense, la chaleur spécifique élevée de ce dernier conduisant à un découplage des effets dynamiques et thermiques et à un comportement proche de celui d’un fluide incompressible avec des propriétés variablesDense gas turbulent flows, of great interest for a wide range of engineering applications, exhibit physical phenomena that are still poorly understood and difficult to reproduce experimentally. In this work, we study for the first time the influence of dense gas effects on the structure of compressible turbulence by means of numerical simulations. The fluid considered is PP11, a heavy fluorocarbon, whose thermodynamic behavior is described by means of different equations of state to quantify the sensitivity of solutions to modelling choices. First, we considered the decay of compressible homogeneous isotropic turbulence. Temperature fluctuations are found to be negligible, whereas those of the speed of sound are large because of the strong dependence on density. The peculiar behavior of the speed of sound significantly modifies the structure of the turbulence, leading to the occurrence of expansion shocklets. The analysis of the contribution of the different structures to energy dissipation and enstrophy generation shows that, for a dense gas, high expansion regions play a role similar to high compression ones, unlike perfect gases, in which the observed behaviour is highly asymmetric. Then, we carried out numerical simulations of a supersonic turbulent channel flow for several values of Mach and Reynolds numbers. The results confirm the validity of the Morkovin' hypothesis. The introduction of a semi-local scaling, taking into account density and viscosity variations across the channel, allow to compare the wall-normal profiles of turbulent quantities (Reynolds stresses, anisotropy, energy budgets) with those observed in ideal gases. Nevertheless, the thermodynamic variables exhibit a different evolution between perfect and dense gases, since the high specific heats of the latter lead to a decoupling of dynamic and thermal effects, and to a behavior close to that of variable property incompressible fluids
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Daboussy, David. "Calculs 3D multi-fluides appliqués à la co-injection et à l'injection assistée gaz." Paris, ENSMP, 2000. http://www.theses.fr/2000ENMP1049.
Full textAbstract:
Dans cette étude sont développées des méthodes de simulation numérique tridimensionnelle de la phase de remplissage des procédés d'injection multi-matériaux et d'injection assistée gaz des polymères. De plus, une technique pour suivre des bulles de gaz dans un écoulement de fluide visqueux est présentée. Ces méthodes s'appuient sur un solveur des équations de Stokes et une résolution d'équation de transport dites de Taylor-Galerkin discontinue développés pour la simulation d'injection classique. Le premier appel à l'extension des équations de Stokes à toute la cavité du moule qui permet de résoudre un problème comportant des champs de vitesse et de pression communs au fluide et à la partie non remplie. Ici, la même technique a été enrichie et additionne dans un même système les contributions provenant de plusieurs fluides visqueux différents pour simuler l'injection simultanée deux polymères pour la co-injection, ou même de trois ou plus. Puis, une modélisation simple d'un gaz couplée à cette addition des contributions est appliquée à l'injection assistée gaz. Finalement, une technique originale de suivi de domaines par utilisation de la topologie de maillage est implémentée pour appréhender l'évolution de bulles de gaz ou d'air prisonnières dans l'écoulement lors des procédés d'injection.
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Sportisse, RoyetT Myriam. "Modélisation des propriétés thermodynamiques des gaz à condensat : par représentation de la fraction lourde à l'aide de fonctions de distribution." Aix-Marseille 2, 1996. http://www.theses.fr/1996AIX22076.
Full textAbstract:
Si, a l'heure actuelle, nous sommes capables de simuler de maniere quasi-predictive le comportement des huiles, aucune methode vraiment satisfaisante n'a encore ete developpee pour predire les proprietes des gaz a condensat. Pour ce type de fluides, l'ajustement des modeles thermodynamiques reste incontournable. Nous proposons une strategie d'ajustement basee sur la representation de la fraction lourde des gaz a condensat par des fonctions de distributions des trois familles chimiques suivantes: paraffines, monoaromatiques, polyaromatiques. Le probleme se ramene alors a la determination des parametres definissant ces fonctions afin de minimiser l'erreur sur la courbe de depot liquide a masse constante, que l'on obtient indirectement apres un certain nombre de calculs d'equilibre, couteux en temps calcul. Du fait de l'existence de nombreux minima locaux sur la fonction d'erreur a minimiser, un algorithme d'optimisation des parametres fonde sur une methode du simplex de nelder-mead couplee a une procedure de recuit simule a ete utilise. Les calculs des proprietes pvt sont effectues a partir de l'equation d'etat de peng-robinson (1978). Pour les polyaromatiques, des correlations simples pour la determination des proprietes des corps purs ont ete developpees, les correlations proposees par rogalski et neau (1990) etant utilisees pour les n-alcanes et les monoaromatiques. De bons resultats ont ete obtenus sur plus de 20 gaz a condensat d'origines geographiques diverses. De plus, notre methode predit les masses volumiques du liquide de stockage et de la fraction lourde avec une erreur moyenne de 1,2% et 3,6%. Les resultats satisfaisants pour les tests d'extrapolation en temperature demontrent la validite de notre methodologie dans un large domaine de pression et de temperature
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Zamuner, Bernard. "Etude expérimentale et numérique du brouillard en combustion issu d'un injecteur coaxial liquide-gaz." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1995. http://www.theses.fr/1995ECAP0433.
Full textAbstract:
Ce travail s'inscrit dans le cadre de recherches sur la combustion diphasique dans les chambres propulsives des moteurs aéronautiques et spaciaux. Tout d'abord, une description des techniques d'investigation existantes pour caractériser la phase liquide dispersée dans un environnement réactif et une revue des différentes approches utilisées pour la modélisation des écoulements polyphasiques sont effectuées. Le montage expérimental est ensuite présenté dans la deuxième partie. Inspire par les systèmes a ergols liquides stockables, il s'agit d'un injecteur coaxial avec, au centre, un jet liquide de monométhylhydrazine entouré par un jet annulaire d'air enrichi en oxygène. Une étude détaillée des caractéristiques du brouillard est réalisée en fonctionnement isotherme grâce à un analyseur de particules phase-Doppler. La troisième partie est consacrée au développement et à la validation d'un code de calcul pour la simulation de l'écoulement diphasique turbulent isotherme. Une formulation Eulérienne est utilisée pour les deux phases. La dernière partie décrit l'étude du brouillard en combustion. Tout d'abord des visualisations de la flamme diphasique par tomographie laser révèlent l'existence de deux modes de flamme en fonction du rapport des vitesses de sortie. Une méthode de granulométrie par numérisation et traitement d'images de films est proposée. Un modèle de combustion de brouillard est ensuite utilise pour prédire l'écoulement réactif. La comparaison des diamètres et des concentrations calculées avec les données disponibles s'avère encourageante. La simulation numérique permet enfin de proposer une explication à l'existence de régimes de combustion différents.
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Villegas, Daniel. "Etude expérimentale de l'influence du gradient de température électronique sur le transport turbulent des impuretés dans un plasma de fusion." Aix-Marseille 1, 2010. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2010AIX11055.pdf.
Full textAbstract:
La compréhension du transport des impuretés est essentielle pour atteindre un régime de fonctionnement optimal dans les futurs réacteurs de fusion. Dans ce mémoire de thèse, l’influence expérimentale et théorique du gradient de température électronique R/LTe sur le transport d’une impureté métallique est analysée dans les tokamaks Tore Supra et ASDEX Upgrade. Dans nos expériences, le profil de Te est contrôlé par l’ajout d’une faible quantité de puissance FCE déposée à deux rayons différents. Les résultats expérimentaux ont été obtenus à l’aide du code de transport interprétatif ITC qui a été complété par un algorithme génétique permettant de mieux déterminer les coefficients de transport des impuretés. Les résultats de simulations gyro-cinétiques quasi-linéaires de QuaLiKiz, que nous avons réalisées, sont en accord avec les profils expérimentaux obtenus avec ITC en tenant compte des incertitudes expérimentales sur les gradients. Dans le coeur du plasma dominé par des modes électroniques, plus R/LTe est faible, plus la diffusion du nickel est faible. Elle tend linéairement vers le niveau néoclassique lorsque R/LTe s’approche du seuil de turbulence. La valeur de ce seuil déterminé expérimentalement par extrapolation est en bon accord avec celui déterminé par les simulations de QuaLiKiz. Dans le reste du plasma dominé par des ITG, insensibles au gradient de température électronique, le coefficient de diffusion est inchangé, résultat obtenu expérimentalement et par la simulation. Par ailleurs, aucune modification de la vitesse de convection n’a été observée. Ceci est attribué à la faible contribution de la thermodiffusion, seul terme dépendant de R/LTe et évoluant en 1/Z. Sur ASDEX, les premiers résultats, très différents de l’expérience sur Tore Supra, montrent la présence d’une barrière de transport des impuretés à l’endroit d’un dépôt de forte puissance FCEUnderstanding impurity transport is a key to an optimal regime for a future fusion device. In this thesis, the theoretical and experimental influence of the electron temperature gradient R/LTe on heavy impurity transport is analyzed both in Tore Supra and ASDEX Upgrade. The electron temperature profile is modified locally by heating the plasma with little ECRH power deposited at two different radii. Experimental results have been obtained with the impurity transport code (ITC) which has been completed with a genetic algorithm allowing to determine the transport coefficient profiles with more accuracy. Transport coefficient profiles obtained by a quasilinear gyrokinetic code named QuaLiKiz are consistent with the experimental ones despite experimental uncertainties on gradients. In the core dominated by electron modes, the lower R/LTe the lower the nickel diffusion coefficient. The latter tends linearly to the neoclassical level when the instability threshold is approached. The experimental threshold is in agreement with the one computed by QuaLiKiz. Further out, where the plasma is dominated by ITG, which are independent of R/LTe , both experimental and simulated results show no modification in the diffusion coefficient profile. Furthermore, the convection velocity profile is not modified. This is attributed to a very small contribution of the thermodiffusion (1/Z dependence) in the total convection. On ASDEX, the preliminary results, very different from the Tore Supra ones, show a internal transport barrier for impurities located at the same radius as the strong ECRH power deposit
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Roy, Nicolas. "Simulations numériques du transport de méthane en provenance de puits de production abandonnés dans des aquifères peu profonds." Master's thesis, Université Laval, 2016. http://hdl.handle.net/20.500.11794/26717.
Full textAbstract:
Des simulations numériques tridimensionnelles ont été réalisées pour évaluer les impacts de la migration de méthane en provenance de puits de production abandonnés dans des aquifères peu profonds. Les modèles conceptuels considérés impliquent la migration et la dissolution de méthane gazeux dans les eaux souterraines, la biodégradation du méthane (CH4) dissous dans des conditions anaérobies et aérobies et la production de sulfure (HS-). Les écoulements multiphases d’eau et de méthane et le transport réactif du méthane en milieu poreux sont simulés par les modèles numériques DuMux et BIONAPL/3D respectivement. Tout d’abord, l’impact de la migration de méthane dans un aquifère confiné peu profond en Alberta est évalué. Par la suite, un cas de contamination hypothétique d’un aquifère libre peu profond basé sur le site de Borden en Ontario est considéré. Dans le premier scénario, les simulations montrent que des taux d’oxydation du méthane compris entre 1×10-5 et 1×10-3 kg/m3/j associés à des débits de gaz de 2 à 20 m3/j appliqués pendant 2 ans à la base de l’aquifère permettent de reconstituer les concentrations en CH4 observées sur le terrain. Dans le cas le plus réactif, les concentrations en CH4 atteignent la limite de 10 mg/L après 5 ans alors qu’une concentration maximale en HS- de 142.5 mg/L est atteinte après 2 ans. Dans le second scénario, l’étendue du panache de méthane est beaucoup plus faible que dans le premier scénario et les taux d’oxydation élevés du méthane en conditions aérobie permettent une consommation rapide du CH4. La production de HS- est également moins importante. Les résultats obtenus suggèrent que l'aquifère libre considéré est moins vulnérable à la migration de méthane que le cas confiné. L’acquisition de connaissances sur les caractéristiques physicochimiques des aquifères est nécessaire pour appréhender les impacts de la migration de gaz dans les eaux souterraines.
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Fohanno, Stéphane. "Contribution à l'étude des collisions entre particules et des interactions particules-parois en écoulement gaz-solide, par voie expérimentale et simulation lagrangienne." Nancy 1, 1997. http://www.theses.fr/1997NAN10261.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail est d'apporter une contribution tant expérimentale que numérique à l'étude des phénomènes de collisions entre particules en écoulement gaz-solide. La simulation numérique est effectuée à l'aide d'une technique lagrangienne de suivi des particules complétée par une méthode probabiliste pour tenir compte des collisions entre celles-ci. Le premier chapitre est consacré à une revue bibliographique sur les problèmes de collisions entre particules et sur les interactions particules-parois dont le rôle est également important en écoulement en conduite. Le deuxième chapitre présente l'élaboration d'un dispositif expérimental original, permettant l'étude d'un écoulement gaz-solide en conduite où les effets des collisions entre particules sont prépondérants. Le troisième chapitre expose ensuite la technique photographique de visualisation employée et la méthode d'analyse d'images qui lui est associée. Les résultats expérimentaux (chapitre IV) obtenus pour deux débits massiques en particules de verre, sphériques, de 3mm de diamètre, montrent l'influence des collisions entre particules sur l'évolution des caractéristiques de l'écoulement (profils de vitesses et de concentration). Cette partie expérimentale est complétée par la mesure des caractéristiques des contacts particules-parois (coefficients de restitution et de frottement, paramètre de rugosité) pour les particules et le type de paroi utilisés. L'étude de l'influence respective de chacun des paramètres intervenant dans les modélisations des interactions particules-parois et des collisions entre particules est réalisée au chapitre V. La confrontation des résultats expérimentaux et numériques (chapitre VI), où l'on fait évoluer les paramètres les plus influents, permet de confirmer la pertinence de l'utilisation du modèle probabiliste introduit dans la simulation lagrangienne. Cependant, bien qu'une amélioration ait été apportée au modèle probabiliste, il reste nécessaire de perfectionner l'expression de la fréquence de collisions utilisée. En outre, la modélisation de la legère non-sphéricité des particules devrait également permettre de meilleures prédictionsThe aim of the present work is to bring experimental and numerical contributions to the knowledge of the effects of collisions between particles in gas-solid flows. A Lagrangian simulation, using a probabiIistic model to take particIe-to-particle collisions into account is used. The first chapter consists in a review of previous works on these collisions and on particle-wall interactions in gas-solid suspension flows. The second chapter explains the development of an original experimental facility allowing the investigation of a gas-solid flow, in a vertical convergent channel, where effects of collisions between particIes are preponderant. Then, the third chapter describes the photographic technique of visualization and the image analysis method. Experimental results (Chapter IV) obtained for two mass flow rates of spherical glass beads (3mm in diameter) show the influence of collisions between particles on the evolution of the characteristics of the flow (velocity and concentration profiles). This experimental work is completed with measurements of particle-wall interactions characteristics (restitution and friction coefficients, roughness parameter) in our experiments. Next, the study of the influence of each parameter used to model particle-wall interactions and particle-to-particle collisions in the Lagrangian simulation is realized in chapter V. Finally, experimental resuIts are compared with predictions of this simulation (Chapter VI). The relevancy of using a probabilistic model to take collisions between particles into account is shown. An improvement of this model has been proposed. Nevertheless, it still needs to be improved. Departure from sphericity of the particles should also be modelled to get better predictions
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Schmitt, Patrick. "Simulation aux grandes échelles de la combustion étagée dans les turbines à gaz et son interaction stabilité-polluants-thermique." Toulouse, INPT, 2005. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000112/.
Full textAbstract:
La combustion partiellement prémélangée en régime pauvre est utilisée dans les turbines à gaz modernes afin de réduire les émissions d'oxydes d'azote. Le travail présenté propose de montrer que la simulation aux grandes échelles permet de prédire la formation de ces polluants dans un brûleur de turbine à gaz. La position de la flamme et les champs de vitesses associés sont les principaux critères de validation du calcul réactif. On montre que les pertes thermiques et les conditions aux limites acoustiques influencent grandement la prédiction des émissions d'oxydes d'azote. En particulier, une forte instabilité de combustion due au couplage entre l'acoustique et la formation du mélange air-carburant est mise en évidence. Sans cette instabilité, les émissions d'oxydes d'azote sont réduites de 75%. Négliger les pertes thermiques et le refroidissement conduit à décupler la production d'oxydes d'azoteModern gas turbines use turbulent lean partially premixed combustion in order to minimise nitrous oxide (NOX) emissions. The Large-Eddy Simulation (LES) of such a device is the goal of this work. Focus is laid on correctly predicting the NOX emissions, which are influenced by four factors: heat transfer, mixing quality, combustion modelling and thermo-acoustic stability. The resulting LES shows a strong thermoacoustic instability due to the coupling of mixing an acoustics, comparing well with experimental observations. By making the boundaries completely anechoic it is shown that when the instability disappears, the NOX levels are reduced by 75%. Additionally, neglecting all heat transfer, effusion and film cooling, the NOX levels are increased again by one order of magnitude
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Tarabelli, Didier. "Modélisation et simulation numérique d'écoulements multidimensionnels instationnaires et réactifs : application aux lasers." Aix-Marseille 1, 1991. http://www.theses.fr/1991AIX11371.
Full textAbstract:
La premiere partie presente une analyse numerique de l'ecoulement dans un laser gazodynamique de melange co2-n2 avec tuyeres decalees. Le systeme d'equations bidimensionnelles resulte d'une moyenne suivant la troisieme direction afin de prendre en compte l'accroissement de l'aire de la cavite laser. L'ecoulement est decrit dans la cavite principale. L'analyse montre la structure complexe de l'ecoulement, l'influence de la zone de premelange et de la section divergente ainsi que les effets de differentes expressions de termes de transport sur la distribution des energies de vibration. La seconde partie traite de la simulation numerique de l'ecoulement instationnaire d'un laser a excimeres. L'amortissement des ondes acoustiques et des ondes de choc, dues au depot d'energie, est particulierement etudie. Cet amortissement peut etre obtenu a partir d'effets de diffusion geometriques dans une cavite a section variable ou par un absorbeur acoustique dans une veine rectangulaire. Les resultats numeriques montrent la propagation et l'attenuation des ondes acoustiques et des ondes de choc pour differents types d'absorbeur. Ils demontrent aussi que les effets diffusifs, crees par la forme spherique d'une electrode, sont responsables de l'attenuation des ondes transversales dans la zone de decharge
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Jues, Thomas. "Modélisation et simulation des gaz de blow-by dans un décanteur automobile." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00564743.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse sur la modélisation des décanteurs automobiles est de mettre au point un outil de simulation numérique permettant de se substituer à un banc organe pour déterminer l'efficacité des décanteurs à l'étape de conception. Après avoir étudié la composition du blow-by sur banc moteur et cela pour différents points de fonctionnement du moteur, nous avons pu comparer la pertinence des différents outils de mesure granulométrique choisis (PCS, ELPI, TEOM) en fonction du spectre granulométrique émis par le moteur. Le PCS a été retenu comme l'outil le plus adéquat en fonction des tailles de gouttes sur lesquelles nous souhaitions avoir des informations. En parallèle, nous avons mené des investigations pour mettre au point une méthodologie de calcul permettant de simuler l'efficacité du décanteur. Le suivi des particules d'huile s'effectue grâce à une simulation lagrangienne. Les forces à prendre en compte ont été déterminées grâce à des expériences numériques simples permettant de verifier si les différentes expressions de ces forces trouvées dans la littérature étaient compatibles des conditions de calculs rencontrées dans les décanteurs. Une autre question soulevée par l'utilisation d'une modélisation lagrangienne dans la littérature, est celle de la prise en compte ou non de la dispersion turbulente. L'étude proposée dans cette thèse nous a permis de montrer que l'implémentation d'un modèle de dispersion turbulente rudimentaire ne permet pas d'obtenir des résultats satisfaisants. La faisabilité de la mise au point d'une méthodologie de calcul fiable de l'efficacité du décanteur repose finalement sur la modification du type de maillage utilisé ainsi que le traitement du calcul de l'écoulement à la paroi. Nous avons montré dans cette thèse que la mise en place d'un maillage raffiné aux parois reposant sur des prismes avec un Y+ =1, associé à une loi de parois à deux couches permettait d'obtenir des résultats satisfaisants en terme de prédiction de l'efficacité du décanteur.
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Reynaud, Maxime. "Modélisation numérique des détonations confinées par un gaz inerte." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2017. http://www.theses.fr/2017ESMA0017/document.
Full textAbstract:
Cette Thèse de Doctorat est dédiée à la simulation numérique des détonations, et plus particulièrement aux détonations confinées par un gaz inerte. Cette configuration correspond en partie à l’écoulement rencontré au sein des moteurs à détonations rotatives, dans lesquels le combustible est confiné par les gaz brûlés issus du cycle précédent. Le code de calcul employé s’appuie sur des schémas numériques d’ordre élevé adaptés à la capture des discontinuités (interpolation MP d’ordre 9, solveur HLLC et intégration temporelle d’ordre3). Une attention particulière a été portée à la caractérisation de l’écoulement au travers de son évolution moyenne dans le repère de la détonation. Les simulations ont été réalisées pour différentes valeurs de l’énergie d’activation, qui traduit la sensibilité du milieu réactif,pour des couches réactives de dimensions variées et enfin pour des confinements inertes à différentes températures. La base de données résultante démontre l’existence de deux comportements distincts suivant l’énergie d’activation du milieu réactif. Le déficit de la célérité de la détonation peut être globalement appréhendé comme fonction du ratio de l’épaisseur hydrodynamique par le rayon de courbure sur l’axe. Enfin, la présence d’une couche inerte à haute température modifie de façon importante la topologie de la détonation et en étend les limites de propagationThis dissertation is devoted to the numerical study of detonation waves, and more specifically to the dynamics of detonations bounded by an inert gaseous layer. This configuration is similar to the flow field within the rotating detonation engines, in which the fuel is confined by the burned gases produced during the previous combustion cycle. The computational solver is based on high-order schemes designed for capturing discontinuities (9thorder MP interpolation, HLLC solver and 3rd order temporal integration). The detonation was investigated by calculating the averaged profile in the shock frame of reference. The simulations were performed for various values of the activation energy, which control the mixture sensitivity, for different heights of the reactive layer and for different temperature of the inert medium. The resulting database shows that according to the activation energy, two different behaviors can be observed. The presence of a high-temperature inert layer strongly affects the detonation structure and extends the propagation limits. The detonation deficit can be globally expressed as a function of the ratio of the hydrodynamic thickness to the radius of curvature on the axis
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Henneton, Nicolas. "Propagation d'une flamme de prémélange gazeux d'une enceinte vers un tube : étude des mécanismes de transmission et de coincement au changement de section." Poitiers, 2007. http://www.theses.fr/2007POIT2323.
Full textAbstract:
On étudie la propagation d’une flamme dans une chambre prolongée par un tube. C’est une configuration classique rencontrée lorsqu’on veut limiter le niveau de pression généré par une explosion interne. Mais au changement de section une explosion secondaire peut se produire dans la canalisation, ce qui conduit à une surpression supplémentaire dans la chambre. Les résultats expérimentaux obtenus pour un prémélange propane-air ont été confrontés à des simulations numériques. Pour des petits diamètres de tube, on observe l’apparition de l’effet de flamme tulipe dans la chambre, qui contribue à limiter le débit d’évacuation des gaz. Pour les grands tubes, l’explosion secondaire à l’entrée du tube conduit à l’intensification de la combustion retardée des poches de gaz frais situés dans les coins de la chambre, causant ainsi une remontée brutale de la pression. Pour éviter la formation de l’explosion secondaire une solution consiste à placer un insert (réseau de fils métalliques) à l’entrée du tube afin d’obtenir une extinction totale ou partielle de la flamme. Les expériences montrent qu’une optimisation du dispositif est nécessaire pour obtenir l’atténuation maximale de la surpression. Un modèle thermique d’absorption de la chaleur par l’insert a été conçu, s’appuyant sur une méthode nodale. Le critère de transmission de la flamme au delà de l’insert est basé sur la comparaison entre la température d’auto-inflammation du mélange avec une température moyenne des gaz calculée en sortie de l’insert. Les résultats numériques, en bon accord avec les résultats expérimentaux, confirment le rôle prépondérant des pertes thermiques provoquées par l’insert sur le coincement de la flammeThe issue of gas explosions vented through relief pipes is a matter of importance for the security of industrial plants. In the course of transmission of a flame from a vessel to a duct, a secondary explosion occurs in the tube at the vicinity of the change of section, which results in a secondary pressure rise in the chamber up to non admissible values. Experiments with a premixed propane-air flame propagating from a vented vessel into a duct have been compared with CFD simulations. For tubes of small diameter, the tulip flame phenomenon occurs in the chamber and results in a slow down of the process of evacuation of gases from the vessel. For larger diameter tubes, the secondary explosion at tube entrance plays a dominant role. The additional pressure rise in the vessel is due to the delayed combustion of pockets of unburned gases which are trapped in corners of the vessel. A solution allowing quiet evacuation of gases consists in placing a wire-net insert at the duct entrance in order to delay flame penetration into the duct and prevent the occurrence of the secondary explosion. The effectiveness of the wire net in decreasing the temperature of the exhaust gases was analyzed by means of a nodal thermal network model. An empirical criterion was used to predict flame transmission to the subsequent part of the tube, comparing the auto-ignition temperature of the gaseous mixture with an average temperature of gases calculated at the end of the insert. Results of the simulations are quite consistent with experiments, and show that under adequate choice of its characteristics, the insert is able to diminish the temperature of the burning zone, thus provoking flame quenching
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Fossi, Athanase Alain. "Numerical simulations of stationary and transient spray combustion for aircraft gas turbine applications." Doctoral thesis, Université Laval, 2017. http://hdl.handle.net/20.500.11794/27597.
Full textAbstract:
Le développement des turbines à gaz d’aviation actuelles et futures est principalement axé sur la sécurité, la performance, la minimisation de la consommation de l’énergie, et de plus en plus sur la réduction des émissions d’espèces polluantes. Ainsi, les phases de design de moteurs sont soumises auxaméliorations continues par des études expérimentales et numériques. La présente thèse se consacre à l’étude numérique des phases transitoires et stationnaires de la combustion au sein d’une turbine à gaz d’aviation opérant à divers modes de combustion. Une attention particulière est accordée à la précision des résultats, aux coûts de calcul, et à la facilité de manipulation de l’outil numérique d’un point de vue industriel. Un code de calcul commercial largement utilisé en industrie est donc choisi comme outil numérique. Une méthodologie de Mécanique des Fluides Numériques (MFN) constituée de modèles avancés de turbulence et de combustion jumelés avec un modèle d’allumage sous-maille, est formulé pour prédire les différentes phases de la séquence d’allumage sous différentes conditions d’allumage par temps froid et de rallumage en altitude, ainsi que les propriétés de la flamme en régime stationnaire. Dans un premier temps, l’attention est focalisée sur le régime de combustion stationnaire. Trois méthodologies MFN sont formulées en exploitant trois modèles de turbulence, notamment, le modèle basé sur les équations moyennées de Navier-Stokes instationnaires (URANS), l’adaptation aux échelles de l’écoulement (SAS), et sur la simulation aux grandes échelles (LES). Pour évaluer la pertinence de l’incorporation d’un modèle de chimie détaillée ainsi que celle des effets de chimie hors-équilibre, deux différentes hypothèses sont considérées : l’hypothèse de chimie-infiniment-rapide à travers le modèle d’équilibre-partiel, et l’hypothèse de chimie-finie via le modèle de flammelettes de diffusion. Pour chacune des deux hypothèses, un carburant à une composante, et un autre à deux composantes sont utilisés comme substituts du kérosène (Jet A-1). Les méthodologies MFN résultantes sont appliquées à une chambre de combustion dont l’écoulement est stabilisé par l’effet swirl afin d’évaluer l’aptitude de chacune d’elle à prédire les propriétés de combustion en régime stationnaire. Par la suite, les rapports entre le coût de calcul et la précision des résultats pour les trois méthodologies MFN formulées sont explicitement comparés. La deuxième étude intermédiaire est dédiée au régime de combustion transitoire, notamment à la séquence d’allumage précédant le régime de combustion stationnaire. Un brûleur de combustibles gazeux, muni d’une bougie d’allumage, et dont la flamme est stabilisée par un accroche-flamme, est utilisé pour calibrer le modèle MFN formulé. Ce brûleur, de géométrie relativement simple, peut aider à la compréhension des caractéristiques d’écoulements réactifs complexes, en l’occurrence l’allumabilité et la stabilité. La méthodologie MFN la plus robuste issue de la précédente étude est reconsidérée. Puisque le brûleur fonctionne en mode partiellement pré-mélangé, le modèle de combustion paramétré par la fraction de mélange et la variable de progrès est adopté avec les hypothèses de chimie-infiniment-rapide et de chimie-finie, respectivement à travers le modèle de Bray-Moss-Libby (BML) et un modèle de flammelettes multidimensionnel (FGM). Le modèle d’allumage sous-maille est préalablement ajusté via l’implémentation des propriétés de la flamme considérée. Par la suite, le modèle d’allumage est couplé au solveur LES, puis successivement aux modèles BML et FGM. Pour évaluer les capacités prédictives des méthodologies résultantes, ces dernières sont utilisées pour prédire les évènements d’allumage résultant d’un dépôt d’énergie par étincelles à diverses positions du brûleur, et les résultats sont qualitativement et quantitativement validés en comparant ceux-ci à leurs homologues expérimentaux. Finalement, la méthodologie MFN validée en configuration gazeuse est étendue à la combustion diphasique en la couplant au module de la phase liquide, et en incorporant les propriétés de la flamme de kérosène dans le modèle d’allumage. La méthodologie MFN résultant de cette adaptation, est préalablement appliquée à la chambre de combustion étudiée antérieurement, pour prédire la séquence d’allumage et améliorer les prédictions antérieures des propriétés de la flamme en régime stationnaire. Par la suite, elle est appliquée à une chambre de combustion plus réaliste pour prédire des évènements d’allumage sous différentes conditions d’allumage par temps froid, et de rallumage en altitude. L’aptitude de la nouvelle méthodologie MFN à prédire les deux types d’allumage considérés est mesurée quantitativement et qualitativement en confrontant les résultats des simulations numériques avec les enveloppes d’allumage expérimentales et les images d’une séquence d’allumage enregistrée avec une caméra infrarouge.The development of current and future aero gas turbine engines is mainly focused on the safety, the performance, the energy consumption, and increasingly on the reduction of pollutants and noise level. To this end, the engine’s design phases are subjected to improving processes continuously through experimental and numerical investigations. The present thesis is concerned with the simulation of transient and steady combustion regimes in an aircraft gas turbine operating under various combustion modes. Particular attention is paid to the accuracy of the results, the computational cost, and the ease of handling the numerical tool from an industrial standpoint. Thus, a commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) code widely used in industry is selected as the numerical tool. A CFD methodology consisting of its advanced turbulence and combustion models, coupled with a subgrid spark-based ignition model, is formulated with the final goal of predicting the whole ignition sequence under cold start and altitude relight conditions, and the main flame trends in the steady combustion regime. At first, attention is focused on the steady combustion regime. Various CFD methodologies are formulated using three turbulence models, namely, the Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS), the Scale-Adaptive Simulation (SAS), and the Large Eddy Simulation (LES) models. To appraise the relevance of incorporating a realistic chemistry model and chemical non-equilibrium effects, two different assumptions are considered, namely, the infinitely-fast chemistry through the partial equilibrium model, and the finite-rate chemistry through the diffusion flamelet model. For each of the two assumptions, both one-component and two-component fuels are considered as surrogates for kerosene (Jet A-1). The resulting CFD models are applied to a swirl-stabilized combustion chamber to assess their ability to retrieve the spray flow and combustion properties in the steady combustion regime. Subsequently, the ratios between the accuracy of the results and the computational cost of the three CFD methodologies are explicitly compared. The second intermediate study is devoted to the ignition sequence preceding the steady combustion regime. A bluff-body stabilized burner based on gaseous fuel, and employing a spark-based igniter, is considered to calibrate the CFD model formulated. This burner of relatively simple geometry can provide greater understanding of complex reactive flow features, especially with regard to ignitability and stability. The most robust of the CFD methodologies formulated in the previous configuration is reconsidered. As this burner involves a partially-premixed combustion mode, a combustion model based on the mixture fraction-progress variable formulation is adopted with the assumptions of infinitely-fast chemistry and finite-rate chemistry through the Bray-Moss-Libby (BML) and Flamelet Generated Manifold (FGM) models, respectively. The ignition model is first customized by implementing the properties of the flame considered. Thereafter, the customized ignition model is coupled to the LES solver and combustion models based on the two above-listed assumptions. To assess the predictive capabilities of the resulting CFD methodologies, the latter are used to predict ignition events resulting from the spark deposition at various locations of the burner, and the results are quantitatively and qualitatively validated by comparing the latter to their experimental counterparts. Finally, the CFD methodology validated in the gaseous configuration is extended to spray combustion by first coupling the latter to the spray module, and by implementing the flame properties of kerosene in the ignition model. The resulting CFD model is first applied to the swirl-stabilized combustor investigated previously, with the aim of predicting the whole ignition sequence and improving the previous predictions of the combustion properties in the resulting steady regime. Subsequently, the CFD methodology is applied to a scaled can combustor with the aim of predicting ignition events under cold start and altitude relight operating conditions. The ability of the CFD methodology to predict ignition events under the two operating conditions is assessed by contrasting the numerical predictions to the corresponding experimental ignition envelopes. A qualitative validation of the ignition sequence is also done by comparing the numerical ignition sequence to the high-speed camera images of the corresponding ignition event.
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Fichet, Vincent. "Modélisation de la combustion du gaz naturel par réseaux de réacteurs avec cinétique chimique détaillée." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00549790.
Full textAbstract:
Dans un contexte environnemental fort, la législation Européenne actuelle impose aux centrales thermiques à gaz des limites d'émission à 25 ppmvd pour le monoxyde de carbone (CO) et les oxydes d'azote (NOx). L'exploitant est alors contraint de régler finement ses machines pour éviter l'imposition de pénalités financières. Afin d'orienter les opérateurs vers les réglages optimaux, un outil numérique est développé. Il a pour but de prédire les émissions polluantes avec précision (quelques ppmvd), rapidité (utilisation sur site) et pour toutes sortes de configurations (géométrie, conditions de fonctionnement). Toutefois, modéliser et simuler la formation d'espèces minoritaires dans un écoulement turbulent réactif reste, aujourd'hui encore, un challenge scientifique et numérique en raison des larges spectres spatiaux et temporels mis en jeu. La solution proposée dans cette thèse consiste à réaliser un calcul CFD (Computational Fluid Dynamics) basé sur un mécanisme réactionnel simple en vue de construire un réseau de réacteurs 0D incluant une cinétique chimique détaillée. Une méthodologie générale est présentée pour le découpage de l'écoulement en zones statistiquement homogènes qui, une fois connectées, forment un réseau de réacteurs. Deux modèles de réseaux de réacteurs sont définis et prennent ou non en compte les fluctuations turbulentes (densité de probabilité) et une distribution des temps de séjour dans chaque réacteur. Des études de sensibilité des émissions de NOx à l'hygrométrie, à la variabilité combustible et aux changements de charge sont menées. La comparaison aux mesures sur site souligne la représentativité des modèles proposés. Enfin, une nouvelle modélisation du terme source chimique moyen est introduite (méthode de tabulation du terme source chimique et nouvelle densité de probabilité) pour permettre une prédiction affinée des émissions de NOx dès le calcul CFD.
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Caliot, Cyril Flamant Gilles. "Modélisation et simulation de l'émission énergétique et spectrale d'un jet réactif composé de gaz et de particules à haute température issus de la combustion d'un objet pyrotechnique." Toulouse : INP Toulouse, 2006. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000309.
Full text
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Godbert, Laurence. "Contribution au développement de méthodes de diagnostics et de simulation pour les plasmas de haute énergie." Aix-Marseille 1, 1994. http://www.theses.fr/1994AIX11055.
Full textAbstract:
L'etude des plasmas chauds et denses necessite la mesure in situ de la densite electronique. Cette these presente une methode de diagnostic basee sur l'analyse des profils de raies issues d'ions multicharges a un ou plusieurs electrons. Les calculs algebriques complexes qui accompagnent la modelisation des raies spectrales resultant de transitions entre niveaux de nombre quantique eleve ont ete facilites par l'utilisation d'une methode de calcul rapide le modele de fluctuation de frequence (mff). Celui-ci prend en compte l'effet des fluctuations du champ ionique (effet de dynamique des ions) et a permis d'etendre l'analyse des spectres a une large gamme de densite et de temperature. Apres avoir presente les bases theoriques associees au calcul de profils spectraux, les avantages ainsi que la validite du mff sont demontres par comparaison avec des resultats obtenus en utilisant une methode de simulation basee sur la dynamique moleculaire. Dans la troisieme partie, l'analyse de spectres experimentaux mesures dans des decharges de type z-pinch d'une part, et de plasmas realises par ablation laser de cibles solides d'autre part, confirment l'interet potentiel de cette methode de diagnostic
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Fleurence, Emmanuel. "Descriptions fluide et cinétique d'une turbulence d'interchange dans un plasma magnétisé." Nancy 1, 2005. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2005_0141_FLEURENCE.pdf.
Full textAbstract:
Les propriétés linéaires et non-linéaires des descriptions fluide et cinétique d'une instabilité d'échange sont comparées. Le cadre général est la prédiction du transport turbulent dans les tokamaks. Le modèle cinétique étudié est à deux dimensions en espace et une en énergie. Le système fluide retenu décrit la dynamique de la densité et de la pression. La fermeture considérée, qui porte sur le flux de chaleur, est collisionnelle. Nous montrons que les équations fluides sont analogues à deux équations de type Vlasov pour deux fonctions de distribution monocinétiques. Le même code numérique est alors utilisé en régime non-linéaire pour le cinétique et le fluide. Pour des caractéristiques linéaires comparables, le niveau de transport de chaleur fluide excède de plusieurs ordres de grandeur le cinétique. Les écoulements zonaux ne permettent pas d'expliquer toutes ces différences. De fait, la fonction de distribution s'écarte notablement d'une maxwellienne, rendant caduque la fermeture adoptée. Une fermeture alternative est proposée : non-collisionnelle, elle repose sur la comparaison des taux quasi-linéaires de production d'entropie. Les contraintes permettent d'ajuster les propriétés linéaires cinétique et fluideThe kinetic and fluid descriptions of the interchange instability are compared in the linear and non-linear regimes. The prediction of the turbulent transport in tokamaks is the general framework. The kinetic model is two dimensional in space, and one dimensional in energy. The fluid analogue retains the dynamics of both density and pressure. The closure, which acts on the heat flux, is collisional. The fluid system is shown to be equivalent to two Vlasov-type equations for two distinct monokinetic distribution functions. This allows one to use the same numerical tool to run non-linear simulations in kinetic and fluid. For similar linear characteristics, the level of heat turbulent transport is larger in fluid than in kinetics, by orders of magnitudes. Zonal flows do not explain the whole discrepancy. As a matter of fact, the distribution function departs significantly from a maxwellian, so that the adopted closure is failing. An alternative collisionless closure is proposed. It aims at fitting the quasi-linear entropy production rates. In this case, the kinetic and fluid linear properties can be made similar