Unsteady numerical study of the flowfiels inside solid rocket motors
Etude par simulations numériques instationnaires de l'écoulement dans les moteurs à propergol solide
Résumé
This study focuses on the analysis of the laminar-turbulent transition of the flowfield in a channel with fluid injection through a porous wall. Such a configuration is representative of the flowfield inside solid rocket motors. The flowfield is obtained thanks to unsteady three-dimensional LES numerical computations. In order to trigger the transition from a laminar state to a turbulent one using LES approach, it turns out to be necessary to introduce some perturbation in the flowfield. This study concentrates on searching a method to generate such perturbations. A first attempt has been made using the properties of the numerical scheme of the CEDRE CFD code of ONERA. A second approach that enables to take into account some experimental data has been developed. The experimental data is provided from the VECLA cold-gas setup of ONERA. This second method is based on the stochastic model from the Langevin equation. This equation has been implemented in the CEDRE code. A numerical study of the behaviour of such a model for the simulation of the transitional state of the flowfield obtained in channel with fluid injection through a porous wall has been done. The three-dimensional unsteady LES simulations of the flowfield in the VECLA setup have then been carried out using the CEDRE code. The results have been compared with the experimental data and with the results from a RANS computation. The benefit of using the stochastic equation of Langevin for the simulation of the turbulent quantities of such a flowfield has been pointed out.
Cette étude est consacrée à l'analyse par simulations numériques instationnaires tridimensionnelles LES de la transition laminaire-turbulent dans un canal à injection pariétale représentatif de l'écoulement dans les chambres de moteurs à propergol solide. Pour déclencher le phénomène de transition vers la turbulence avec la méthode LES, il a été nécessaire d'introduire des fluctuations dans l'écoulement. Cette étude se focalise sur la recherche d'une méthodologie de calcul permettant de générer des perturbations dans l'écoulement. Une première méthode, basée sur le comportement du schéma numérique du code de calcul CEDRE de l'ONERA, a été utilisée pour générer des fluctuations dans l'écoulement. Une deuxième méthode prenant en compte les données expérimentales relevées sur le montage en gaz froid VECLA de l'ONERA a ensuite 't' développée. Cette dernière utilise une modélisation stochastique dans le cadre de l'equation de Langevin. Après implantation de cette méthode de calcul stochastique dans le code CEDRE, une étude spécifique a été menée pour analyser le comportement du modèle en relation avec la problématique de l'écoulement transitionnel dans le canal avec injection pariétale. Les simulations numériques instationnaires LES de l'écoulement en transition dans le montage VECLA ont ensuite été réalisées avec le code de calcul CEDRE. Les résultats ont été confrontés aux données expérimentales ainsi qu'a une simulation stationnaire RANS de l'écoulement. Les résultats mettent en évidence l'intérêt de la modélisation stochastique de Langevin sur la description du champ fluctuant dans le canal avec injection pari'etale.