Modélisation de l'accrétion de glace dans les turboréacteurs en conditions cristaux - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Ice crystal icing modelling for turbojet engine

Modélisation de l'accrétion de glace dans les turboréacteurs en conditions cristaux

Résumé

Icing has been identified as a serious issue since the start of aeronautics. The recent evolution of engine certification has extended the atmospheric domain to ice crystal. Under these conditions, aircraft engine manufacturers have to ensure a reliable in flight operability. Ice crystal accretion occurs at high altitude and with positive temperature, contrary to usual supercooled droplet icing issue. The mechanisms involved are complex with strong coupling between ice crystals, aerodynamics and thermics in the airflow as well as on the engine walls. The purpose of this thesis is to develop and validate means of simulation to predict the accretion generated by ice crystal ingestion. To meet this objective, an experimental database which was little studied was analysed, leading to the improvement of ice layer erosion and crystals sticking efficiency models developped during previous research. These new models enable a better agreement between numerical simulations and experimental observations, as well as an extension of simulation capacities. In the meantime, the developement were implemented in CEDRE, ONERA’s multiphysical calculation chain, and simulations of engine configurations were realised. Thus, CEDRE operability and capacity to predict accretion risk for some icing conditions were demonstrated. Furthermore, some limitations have been identified, opening research oulooks and future developments.
Le givrage est un des phénomènes atmosphériques les plus sévères pour les aéronefs et les moteurs. Les évolutions récentes de la réglementation ont étendu les exigences de certification au cas des cristaux de glace. Pour ces conditions, les moteurs d’avion doivent démontrer un fonctionnement robuste en vol. Contrairement aux gouttes en surfusion rencontrées dans les conditions de givrage habituelles, les cristaux de glace peuvent s’accréter jusqu’à très haute altitude et à température positive à l’intérieur du moteur. Les mécanismes associés sont complexes car ils font intervenir des couplages forts entre le transport des cristaux, l’aérodynamique et la thermodynamique dans l’écoulement ainsi qu’à la paroi. L’objectif de cette thèse est de développer et valider des moyens de simulation numérique permettant de prévoir ces phénomènes. Pour remplir cet objectif, une base de données expérimentales peu étudiée précédemment a été analysée, conduisant à l’amélioration des modèles d’érosion de la couche de glace et d’efficacité de collage des cristaux développés lors de précédentes recherches. Ces nouveaux modèles permettent un meilleur accord entre les simulations numériques et les observations expérimentales, ainsi que l’extension des capacités de simulation. En parallèle, les développements ont été implémentés dans CEDRE, la chaine de calcul multiphysique 3D de l’ONERA, et des simulations ont été réalisées sur des configurations de moteurs. La capacité de l’outil à prévoir le risque d’accrétion dans certaines conditions givrantes a ainsi pu être démontrée. Des limitations ont également été mises en évidence, ouvrant des perspectives de recherche et de développement futurs.
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Dates et versions

tel-03081345 , version 1 (18-12-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03081345 , version 1

Citer

Virgile Charton. Modélisation de l'accrétion de glace dans les turboréacteurs en conditions cristaux. Sciences de l'ingénieur [physics]. UNIVERSITE DE TOULOUSE, 2020. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03081345⟩

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