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Theses Year : 2019

Analysis and Modeling of Separated Jet Dynamics in Supersonic Nozzle

Analyse et modélisation de la dynamique de jets décollés en tuyère supersonique

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Abstract

This thesis, conducted in collaboration with CNES and Pprime Institut, has the objective of enhancing the dynamic phenomena understanding present in supersonic rocket nozzle. These phenomena may cause lateral loads that can damage the nozzle.The study focused on an ideal nozzle geometry and 3 operating points. The work is based on the exploitation and analysis of experimental and numerical data. The experimental data come from a campaign carried out within the Pprime Institute involving measurements of wall pressure synchronized with measurements of velocity fields by PIV. In addition, a numerical part reproducing the experimental tests using high-performance numerical simulations based on hybrid RANS/LES approaches is carried out.The experimental and numerical data show a particular organization of the wall pressure fluctuations observed in some work whose origin remains unknown. The study shows that this organisation is also present in the velocity field of the jet where links with wall pressure have been established by correlation calculations. Numerical simulations show that such a coordination of the pressure field drives the lateral force dynamics. Some scenarios on the origin of this organised fluctuation are discarded by the use of reduced flow models.
Cette thèse, menée en collaboration entre le CNES et l’institut Pprime, a pour objectif d’améliorer la compréhension des phénomènes dynamiques présents dans les jets des tuyères supersoniques de fusée. Ces phénomènes peuvent être à l’origine de charges latérales pouvant endommager la tuyère.L’étude s’est concentrée sur une géométrie de tuyère idéale et sur 3 points de fonctionnement.Les travaux sont basés sur l’exploitation et l’analyse de données expérimentales et numériques.Les données expérimentales proviennent d’une campagne réalisée au sein de l’Institut Pprime comportant des mesures de pression pariétales synchronisées avec des mesures de champs de vitesse par PIV. En complément, une partie numérique consistant à reproduire les essais expérimentaux à l’aide de simulations numériques hautes performances basées sur des approches hybrides RANS/LES est réalisée.Une organisation particulière des fluctuations de pression pariétale vue dans certains travaux dont l’origine reste méconnue est retrouvée dans les données expérimentales et numériques. L’étude montre que cette organisation est aussi présente dans le champ de vitesse du jet où des liens avec la pression pariétale ont été établis par des calculs de corrélation. Les simulations numériques montrent qu’une telle coordination du champ de pression pilote la dynamique des efforts latéraux.Certains scénarios sur l’origine de cette fluctuation organisée sont écartés grâce au recours à des modèles réduits de l’écoulement.
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tel-02860044 , version 1 (08-06-2020)

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  • HAL Id : tel-02860044 , version 1

Cite

Florian Bakulu Natungadio. Analyse et modélisation de la dynamique de jets décollés en tuyère supersonique. Autre. ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2019. Français. ⟨NNT : 2019ESMA0020⟩. ⟨tel-02860044⟩
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