ÉCOULEMENTS RÉACTIFS ET MULTIPHASIQUES
OCCIGEN & TURING - 33 millions d’heures
Ronan Vicquelin,
Théa Lancien,
L’allumage constitue une phase critique pour la propulsion aéronautique. Le processus doit être complété de manière sûre et fiable, c’est-à-dire en conduisant toujours à une flamme stabilisée, même dans des conditions défavorables en altitude, où un rallumage rapide en cas d’extinction accidentelle de la chambre de combustion est requis pour la certification des moteurs. Les nouvelles technologies de combustion actuellement développées pour réduire les émissions de polluants rendent ce processus d’allumage encore plus critique, ce qui nécessite davantage d’études aussi bien expérimentales que numériques.
La caractérisation de l’allumage est souvent étudiée sur des configurations à un seul brûleur. Les enjeux pour la simulation numérique sont alors de prédire la génération et la survie du noyau de flamme à partir d’un dépôt d’énergie au sein de l’écoulement turbulent. Cependant, dans un foyer réel comportant plusieurs injecteurs, il est impératif d’assurer également l’inflammation de l’ensemble de la chambre de combustion. Cette dernière phase d’allumage circulaire d’une chambre complète avec la propagation du front de flamme d’un injecteur à l’autre n’a été étudiée que récemment en laboratoire.
SIMULATION AUX GRANDES ÉCHELLES DE L’ALLUMAGE DANS UNE CHAMBRE DE COMBUSTION ANNULAIRE AVEC INJECTION DE CARBURANT LIQUIDE.
À gauche : PROPAGATION DE DEUX FRONTS DE FLAMME DANS LA CHAMBRE QUI ALLUMENT SUCCESSIVEMENT LES INJECTEURS UN´À´UN. LA POSITION DES INJECTEURS EST MISE EN ÉVIDENCE PAR DES ISO´SURFACES BLEUES DE LA FRACTION MASSIQUE DE LIQUIDE.
À droite : ZOOM SUR LE PASSAGE DE LA FLAMME AUX ALENTOURS DE DEUX INJECTEURS ET MISE EN ÉVIDENCE DE SON IMPACT SUR LA PHASE LIQUIDE DANS LES GAZ FRAIS QUI EST CHASSÉE PAR L’EFFET DE SOUFFLE GÉNÉRÉ PAR LA FLAMME.
Le laboratoire EM2C dispose ainsi d’une installation unique permettant la visualisation et la caractérisation de cet allumage circulaire au sein de la chambre MICCA. Un premier projet européen PRACE a permis de réaliser les premières comparaisons expérimentales et numériques de ce type d’allumage grâce à des simulations aux grandes échelles massivement parallèles réalisées au laboratoire EM2C et au CERFAC. Cette première étude fut réalisée en conditionsgazeuses avec l’injection d’un mélange propane-air. Afin de se rapprocher davantage des conditions réelles d’un foyer aéronautique où du kérosène liquide est injecté et brûlé, le projet ANR TIMBER, regroupant les laboratoires EM2C, CORIA, CERFACS et le groupe SAFRAN, étudie l’impact de l’injection de carburant liquide pendant l’allumage d’un foyer multi injecteurs. L’objectif est de comprendre les mécanismes qui affectent la propagation de la flamme dans de telles configurations et dans un environnement complexe qui est turbulent et diphasique.
L’ajout d’injecteurs de carburant liquide au sein de la chambre MICCA a permis une étude combinée expérimentale et numérique unique au monde pour analyser l’allumage circulaire en présence d’un brouillard de gouttes. En particulier, les calculs réalisés durant la thèse de Théa Lancien sur les moyens mis à disposition par GENCI ont révélé un processus complexe d’interaction entre la propagation de la flamme, le souffle généré par celle-ci et la redistribution du carburant liquide au-devant de la flamme (voir figure ci-contre). Ces résultats ont de nouveau permis aux équipes de recherche d’EM2C et du CERFACS de bénéficier d’un projet PRACE pour enrichir la base de données de calculs permettant d’affiner la compréhension des phénomènes mis en jeu et leur modélisation.