36 mois

Étude numérique et modélisation des transitions de modes de propagation et des accélérations de flammes dans des mélanges complexes appauvris en carbone.

[TheChamp-Sharing]
Ce travail de thèse consiste à étudier par la simulation numérique l’impact de large variation de composition de mélanges hydrocarbure/hydrogène sur les transitions de modes diffusifs/auto-inflammation et sur l’accélération des flammes. Des simulations numériques directes (DNS) d’écoulements canoniques seront réalisées pour analyser en détails les mécanismes physiques et proposer des modèles permettant de tenir compte des transitions de modes de propagation dans des simulations LES des dispositifs pratiques du laboratoire.

Dans le contexte de la transition énergétique, l’utilisation dans les systèmes industriels (moteurs, propulseurs aéronautiques, turbines, etc.) de combustibles issus de l’agriculture voire d’hydrogène mélangé à des hydrocarbures est une voie envisagée pour réduire progressivement les rejets de carbone fossile dans l’atmosphère. Ces nouveaux combustibles seront utilisés dans des installations industrielles existantes mais aussi dans les futurs systèmes basés sur des modes de combustion avancés pour la propulsion terrestre, aéronautique (CVC: Constant Volume Combustion, RDE: Rotative Detonation Engine) ou spatiale. Ces applications ont initialement été conçues pour fonctionner avec des combustibles traditionnels mais avec ces nouveaux combustibles, les flammes se propageront dans des mélanges plus hétérogènes, qui pourront présenter plusieurs phases et où les propriétés de transport des molécules gazeuses seront très variables. Dans ce contexte, les représentations habituelles des flammes turbulentes et les modèles qui en découlent ne seront plus applicables. Des études approfondies sont donc indispensables pour comprendre l’impact de ces nouveaux mélanges et de leurs hétérogénéités sur les mécanismes de propagation des fronts réactifs. Les transitions des modes diffusifs de propagation vers l’auto-inflammation seront analysés en détail. Ces mécanismes et leurs interactions sont notamment responsables d’accélérations locales des flammes qui peuvent conduire à des destructions des systèmes pratiques. De nouvelles représentations de ces interactions devront être proposées et les modèles physiques intégrés à des outils numériques qui permettront d’anticiper ces phénomènes.

La puissance de calcul dont dispose l’équipe de combustion de l’institut Pprime associées aux développements récents réalisés dans l’équipe avec OpenFoam permettront de réaliser des simulations numériques réalistes de dispositifs pratiques utilisant ces combustibles. Néanmoins, ces outils doivent aussi être associés à des stratégies de modélisation pertinentes, permettant de tenir compte des mécanismes physiques les plus importants sur une large plage de modes de propagation allant des déflagrations aux ondes d’auto-inflammation. Pour développer ce type de stratégie, l’équipe CT souhaite recruter un doctorant (36 mois) qui réalisera dans un premier temps des simulations numériques directes DNS d’écoulements canoniques (Fig. 1), permettant d’analyser en détail les mécanismes physiques des transitions de modes. Dans un second temps, l’étude du comportement du modèle développé s’appuiera sur des DNS d’écoulements plus réalistes, représentatifs de parties réduites des installations expérimentales du laboratoire (Fig. 2). Ces simulations contribueront également à la définition des futurs conditions expérimentales d’essai.  Enfin, la capitalisation de ce travail de thèse passera par l’implémentation du modèle développé dans le code OpenFoam et l’évaluation de ces capacités à simuler, par l’approche LES (simulation aux grandes échelles), des dispositifs expérimentaux de l’institut Pprime. 

 

Fig. 1 : Simulation numérique directe d’une flamme se propageant dans un milieu hétérogène diphasique

 

Fig. 2 : LES avec OpenFoam (haut) et visualisation de l’expérience (bas) CV2 de l’institut Pprime

Contacts :

Zakaria Bouali : zakaria.bouali@isae-ensma.fr

Vincent Robin : vincent.robin@isae-ensma.fr

 

 

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Équipe CT ENSMA

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12 mois

CHERCHEUR/POST-DOC (H/F) – Investigations expérimentales de stratégies de contrôle en boucle fermée pour la réduction d'impact du sillage d'un corps d'Ahmed

Au CNRS, Laboratoire PPRIME, situé au Futuroscope, ce post-doctorat s'inscrit dans le cadre du projet ANR COWAVE (Contrôle rétroactif du sillage d'un véhicule) entre les laboratoires PRISME à Orléans, Pprime à Poitiers, LHEEA à Nantes et l'industrie automobile PSA. Cette offre concerne la contribution de Pprime au projet COWAVE. Celle-ci consiste à explorer expérimentalement dans un canal hydrodynamique des stratégies de contrôle de sillage en boucle fermée avec des volets mobiles. Les sillages tridimensionnels de corps épais, du type corps d'Ahmed, génèrent une traînée de pression et des forces latérales, contribuant ainsi de manière significative à la consommation de carburant et aux émissions polluantes des véhicules routiers. Malgré les nombreuses tentatives réalisées pour minimiser l'impact des sillages sur l'environnement, on ne sait toujours pas quelle est la stratégie de contrôle la plus efficace ! Dans ce contexte, le projet ANR COWAVE aborde deux aspects fondamentaux du contrôle du sillage : premièrement, quels types d'actionneurs sont les plus efficaces ? Alors que la plupart des stratégies de contrôle en boucle fermée utilisent des effets d'entraînement visqueux pour actionner les couches de cisaillement dans le sillage, l'exploitation des forces de pression produites par des déflecteurs mobiles pourrait être une alternative intéressante à tester. Deuxièmement, pour la mise en œuvre de la commande en boucle fermée, nous voulons tester si les stratégies de commande obtenues par des techniques d'apprentissage automatique (Machine Learning) permettent d'obtenir une meilleure efficacité et une plus grande robustesse que les approches plus classiques basées sur des modèles. Pour postuler suivre ce lien https://bit.ly/3qDG6Ml / Date Limite Candidature : vendredi 12 mars 2021