Simulation numérique de jets liquides cisaillés par une phase rapide - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Numerical simulation of liquid jets sheared by a high-speed stream

Simulation numérique de jets liquides cisaillés par une phase rapide

Résumé

This study focuses on numerical simulation of liquid jets (plane or axial) sheared by a high-speed stream, for a better understanding of the flapping instability occurring for both geometries. This numerical study is performed at moderate density and velocity ratio between phases. The flapping dynamics of a plane liquid sheet is a consequence of the pressure difference between the two sides of the sheet. A study of the flapping control is performed, as well as a sensitivity study to the high-speed stream boundary layer thickness, and a relevant Strouhal number is proposed. The study focusing on coaxial jets raises a different flapping mechanism: due to high-speed stream shear, interfacial waves are observed near the injection and are likely to get connected, inducing a sinuous organization to the whole jet. The passive and active control of this flapping is studied, as well as the influence of some injection parameter. The momentum-flux ratio (M) isn't characteristic for the flapping dynamics. Some air-water simulations of an experimental flow studied at LEGI are finally performed. A forcing applied to the liquid inlet is necessary to get interfacial instabilities. Pressure oscillations are evidenced in the gaseous flow inside the nozzle, as well as Görtler vortices.
Ce travail s'intéresse à la simulation numérique de jets liquides (plans ou coaxiaux) cisaillés par une phase rapide. Ces écoulements diphasiques interviennent dans les chambres de combustion de moteurs-fusées ou de turboréacteurs d'avion ou d'hélicoptère, pour le mélange d'un carburant et un comburant. Notre travail s'attache à comprendre les mécanismes physiques menant à la déstabilisation à grande échelle de ces écoulements, pour des rapports de masse volumique et de vitesse entre les phases modérés. Cette étude menée sur une nappe liquide plane révèle que l'instabilité à grande échelle observable résulte de phénomènes d'équilibres de pression de part et d'autre de la nappe. Des paramètres de contrôle de cette instabilité sont proposés, ainsi qu'une étude de sensibilité à la taille de couche limite gazeuse. Nous proposons également un nombre de Strouhal caractéristique de la fréquence d'oscillation. L'étude réalisée sur la géométrie coaxiale montre que l'instabilité à grande échelle du jet peut être imputable à des phénomènes d'appariement de vagues interfaciales. Des paramètres de contrôle de l'instabilité sont également proposés, et peuvent différer de ceux mis en avant dans le cas plan. Une étude paramétrique montre que le rapport de flux de quantité de mouvement (M) n'est pas caractéristique de la dynamique du jet. Enfin, des simulations d'un écoulement eau-air étudié expérimentalement au LEGI sont réalisées. Un forçage de l'injection liquide est nécessaire pour obtenir des déstabilisations de l'interface similaires à celles observées expérimentalement. Des oscillations de pression au sein de l'injecteur sont mises en avant, ainsi que des tourbillons de Görtler au sein de l'injection gazeuse.
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Dates et versions

tel-01147882 , version 1 (02-05-2015)
tel-01147882 , version 2 (19-05-2015)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01147882 , version 1

Citer

Nicolas Odier. Simulation numérique de jets liquides cisaillés par une phase rapide : Dynamique de battement à grande échelle et interaction avec les structures tourbillonnaires.. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université de Grenoble, 2014. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01147882v1⟩
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