Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels




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Simulation numérique de jets liquides cisaillés par une phase rapide : Dynamique de battement à grande échelle et interaction avec les structures tourbillonnaires

Thèse de Nicolas Odier

Financement : Institut Carnot "Energies du futur"

Ce travail s’intéresse à la simulation numérique de jets liquides (plans ou coaxiaux) cisaillés par une phase rapide. Ces écoulements diphasiques interviennent dans les chambres de combustion de moteurs-fusées ou de turboréacteurs d’avion ou d’hélicoptère, pour le mélange d’un carburant et un comburant. Notre travail s’attache à comprendre les mécanismes physiques menant à la déstabilisation à grande échelle de ces écoulements, pour des rapports de masse volumique et de vitesse entre les phases modérés. Cette étude menée sur une nappe liquide plane révèle que l’instabilité à grande échelle observable résulte de phénomènes d’équilibres de pression de part et d’autre de la nappe. Des paramètres de contrôle de cette instabilité sont proposés, ainsi qu’une étude de sensibilité à la taille de couche limite gazeuse. Nous proposons également un nombre de Strouhal caractéristique de la fréquence d’oscillation. L’étude réalisée sur la géométrie coaxiale montre que l’instabilité à grande échelle du jet peut être imputable à des phénomènes d’appariement de vagues interfaciales. Des paramètres de contrôle de l’instabilité sont également proposés, et peuvent différer de ceux mis en avant dans le cas plan. Une étude paramétrique montre que le rapport de flux de quantité de mouvement (M) n’est pas caractéristique de la dynamique du jet. Enfin, des simulations d’un écoulement eau-air étudié expérimentalement au LEGI sont réalisées. Un forçage de l’injection liquide est nécessaire pour obtenir des déstabilisations de l’interface similaires à celles observées expérimentalement. Des oscillations de pression au sein de l’injecteur sont mises en avant, ainsi que des tourbillons de Görtler au sein de l’injection gazeuse.

Publications

Peer-reviewed Publications

2018
Odier, N., Balarac, G., & Corre, C. E. (2018). Numerical analysis of the flapping mechanism for a two-phase coaxial jet. International Journal of Multiphase Flow, 106, 164–178.
2015
Odier, N., Balarac, G., Corre, C. E., & Moureau, V. (2015). Numerical study of a flapping liquid sheet sheared by a high-speed stream. International Journal of Multiphase Flow, 77, 2259.

Conference Proceedings

2014
Odier, N., Balarac, G., & Corre, C. E. (2014). Numerical simulations of a liquid sheet surrounded by a fast stream: interaction between phase interface dynamics and coherents vortices. In 10th European Fluid Mechanics Conference. Copenhagen, Denmark.

Ph.D. Theses

2014
Odier, N. (2014). Numerical simulation of liquid jets sheared by a high-speed stream : flapping dynamics and interaction with vortical structures. Ph.D. thesis, Université de Grenoble, .