Simulation de l'interaction jet/tourbillon dans le sillage d'un avion et son impact sur la formation des trainées de condensation en utilisant l'approche RANS et l'approche hybride RANS/LES - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Simulation of the aircraft jet/wake interaction and its impact on contrail formation using RANS and RANS/LES hybrid approaches

Simulation de l'interaction jet/tourbillon dans le sillage d'un avion et son impact sur la formation des trainées de condensation en utilisant l'approche RANS et l'approche hybride RANS/LES

Résumé

In the framework of the impact of aviation on climate change studies, contrails and induced cirrus clouds are among the phenomena with the most uncertainty concerning their role. In this context, this thesis aims to select a numerical simulation strategy to better simulate the jet/vortex interaction in the wake of aircraft. Indeed, a faithful simulation of the formation of a contrail must be based on a satisfactory modeling of this interaction.Different numerical simulation strategies have been performed on a computational domain based on the configuration of a wind tunnel experiment studying the evolution of hot air jets in the wake of a wing with a NACA0012 profile. The results of the three-dimensional simulations of the aerodynamic flow around and in the wake of this configuration were carried out using the code CEDRE of ONERA and were compared to the experimental data obtained during measurement campaigns carried out in the ONERA-F2 wind tunnel.The numerical simulations highlighted the limits of Reynolds-averaged Navier-Stokes turbulence models to predict the evolution of the wake vortex over several spans in the wake of the wing.Coupled with RANS simulations, the use of the anisotropic mesh adaptation tool Feflo.a developed by INRIA allowed generating refined anisotropic meshes in the vortex development area.A numerical simulation using a RANS/LES approach to turbulence modelling has shown the ability of this turbulence model to predict the evolution of a jet/vortex interaction. However, this approach is not compatible with the use of an anisotropic mesh. The mesh adaptation procedure and the hybrid RANS/LES approach show however a strong potential in the perspective of a realistic simulation of the three-dimensional modeling of contrails formation. This work, through its computational strategy, will enable to apprehend the role of certain key parameters related to the aircraft such as its geometry on the microphysical properties of the contrails.
Dans le cadre des études portant sur l’impact de l’aviation sur le changement climatique, les traînées de condensation et les cirrus induits font partie des phénomènes présentant le plus d’incertitudes quant à leur rôle. Dans ce contexte, cette thèse vise à sélectionner une stratégie de simulation numérique permettant de prévoir au mieux l’interaction jet/tourbillon dans le sillage des avions. En effet, une simulation fidèle de la formation d’une traînée de condensation doit s’appuyer sur une modélisation satisfaisante de cette interaction.Différentes stratégies de simulation numérique ont été testées sur un domaine de calcul reprenant la configuration d’une expérience en soufflerie étudiant l’évolution de jets d’air chaud dans le sillage d’une aile avec un profil NACA0012. Les résultats des simulations tridimensionnelles de l’écoulement aérodynamique autour et dans le sillage de cette configuration ont été réalisées à l’aide du code CEDRE de l’ONERA et ont été comparés aux données expérimentales obtenues lors de campagnes de mesures menées dans la soufflerie ONERA-F2.Les premières simulations numériques ont mis en évidence les limites des approches moyennées de la modélisation de la turbulence à prédire l’évolution du tourbillon de sillage sur plusieurs envergures dans le sillage de l’aile.Couplée à des simulations RANS, l’utilisation de l’outil d’adaptation de maillage anisotrope Feflo.a développé par l’INRIA a permis de générer des maillages anisotropes raffinés dans la zone de développement du tourbillon.Une simulation numérique utilisant une approche RANS/LES de la modélisation de la turbulence a montré la capacité de ce modèle de turbulence à prédire l’évolution d’une interaction jet/tourbillon. Cette approche n’est cependant pas compatible avec l’utilisation d’un maillage anisotrope. La procédure d’adaptation de maillage et les approches hybride RANS/LES montrent cependant un fort potentiel dans l’optique d’une simulation réaliste de la modélisation tridimensionnelle de la formation des traînées de condensations. Ce travail, par la stratégie de calcul mise en place, permettra d'appréhender le rôle de certains paramètres clés liés à l'avion comme sa géométrie sur les propriétés microphysiques de la traînée de condensation.
Fichier principal
Vignette du fichier
2021UPAST071_CHMIELARSKI_archivage.pdf (14.07 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03433381 , version 1 (17-11-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03433381 , version 1

Citer

Vivien Chmielarski. Simulation de l'interaction jet/tourbillon dans le sillage d'un avion et son impact sur la formation des trainées de condensation en utilisant l'approche RANS et l'approche hybride RANS/LES. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université Paris-Saclay, 2021. Français. ⟨NNT : 2021UPAST071⟩. ⟨tel-03433381⟩
194 Consultations
174 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More