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Équipe d'accueil doctoral Énergétique et dynamique des fluides (Toulouse, Haute-Garonne)

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Works: 80 works in 92 publications in 2 languages and 82 library holdings
Roles: Other, Degree grantor
Publication Timeline
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Most widely held works by Haute-Garonne) Équipe d'accueil doctoral Énergétique et dynamique des fluides (Toulouse
Analyse aéroélastique d'une pale flexible composite : application au microdrone by Fazila Mohd Zawawi( )

1 edition published in 2014 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

L'idée principale du travail rapporté ici est d'étudier les effets de l'intéraction fluide-structure (FSI) de pales laminées flexibles pour les proprotors de micro véhicules aériens(MAV) de type tilt-body dans les configurations de vol stationnaire et en avant. Eneffet, le but est d'exploiter les possibilités offertes par les proprotors à pales flexiblespar rapport aux proprotors à pales rigides pour améliorer leur performance dans cesphases de vol. Le modèle FSI a été développé à cet effet. Ce modèle tient compte desproblèmes spécifiques liés aux proprotors de MAV faits de composite laminé. Il com-bine l'adaptation de modèle aérodynamique par la théorie d'élement de pale (BEM) etl'adaptation de modèle structurel par la théorie des éléments finis de poutre anisotropes(AFEM). Le modèle aérodynamique est développé pour être capable de s'adapter àl'analyse des proprotors à bas nombres de Reynolds. Dans le modèle structural, la paleest modélisée comme une poutre élastique subissant des déviations dans la flexion, latraction et la torsion afin de capturer les effets de couplage de matériaux anisotropes.Il adapte l'analyse structurale des pales du proprotor faites de composite laminé. Lafiabilité du modèle FSI développé est vérifiée à travers une validation par modèles aéro-dynamique et structural, séparément, sur plusieurs proprotors de MAV. Afin de se dirigervers une analyse de pales de proprotors à adaptation passive , une recherche de designoptimal a été effectuée pour des proprotor à adaptation active. Pour cela, un programmepour la conception de pales rigides optimales à un unique point de fonctionnement (soitle vol de croisière soit le vol stationnaire) et à plusieurs points (combinant croisière etvol stationnaire) ont été développés. Les procédures du programme de design optimalemploient les mèthodes de design inverse par itération numérique, sur la base de pertesde poussée induites minimales (MIL). Même si le travail dans cette thèse a été dirigéprincipalement vers le proprotor, la partie moteur du système de propulsion n'a pasété négligée puisque l'efficacité de la propulsion est un facteur crucial pour le succès desMAVs. Une méthode simple et rapide de sélection du meilleur moteur parmi les moteurscommerciaux choisis est élaborée sur la base de la méthode de Taguchi. La sensibilitéde la consommation d'énergie totale à la variation de la valeur de chaque variable deconception du moteur a été étudiée. Le bénéfice de l'utilisation de la charge à la pointe de la pale et l'effet de la flexion sur la torsion induite et sur la dégradation de la poussée respectivement ont aussi été analysés et identifiés. Enfin, les proprotors à pales flexibles conçues systématiquement ont été évalués dans des conditions de fonctionnement stables. Performances en vol stationnaire et performances croisière propulsive, caractérisées par la puissance totale Ptotal ont été comparées entre les proprotors à pales rigides et à pales flexibles. En tant que résultat de la comparaison, les proprotors à pales flexibles s'avère capable d'améliorer légèrement les performances par la réduction de la Ptotal surson optimal proprotors à pales rigides
Simulation numérique des jets et sillages instationnaires dans la conception de formes aérodynamiques by Pierre Giner( Book )

2 editions published in 2012 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

L'intégration aérodynamique des turboréacteurs à grand taux de dilution nécessite, dès les phases de conception, une connaissance précise des propriétés instationnaires du développement du jet à l'aide de la simulation numérique. Différents niveaux de modélisation sont étudiés dans cette thèse pour évaluer la capacité des méthodes numériques à caractériser le développement du jet. Une configuration de jet moteur double-flux est ici étudiée, en s'appuyant sur une large base de données expérimentale. La modélisation par les équations de Navier-Stokes moyennées démontre une bonne capacité des modèles de turbulence à reproduire les champs moyens de ce type d'écoulement, particulièrement au niveau des couches de mélange. La capture des systèmes de choc développés au sein des jets primaire et secondaire, ainsi que la prévision des niveaux de turbulence des écoulements sont en revanche peu satisfaisantes. Un recalage de la simulation sur les conditions turbulentes expérimentales, à l'aide de différentes configurations, pallie en partie ce défaut. La nécessité de procéder à un calcul et non plus à une modélisation des phénomènes turbulents conduit à l'application d'une méthode de calcul à résolution de turbulence. L'approche hybride de simulation des tourbillons détachés type DES (Detached Eddy Simulation) de cet écoulement montre une précision au moins équivalente pour la prévision des champs moyens et apporte une grande quantité d'informations supplémentaire sur les champs fluctuants et les caractéristiques instationnaires des couches de mélange du jet, en accord avec les données expérimentales. On conclue sur l'applicabilité de cette méthode dans un contexte industriel,son gain de précision rapporté à son temps de calcul et la perspective d'une telle approche pour une configuration de jet installée plus complexe
Mise en évidence expérimentale et modélisation des régimes de combustion diphasique présents dans les foyers aéronautiques by Maxime Vicentini( )

1 edition published in 2016 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

De nos jours, la combustion d'hydrocarbures est largement répandue dans de nombreuses applications, notamment la propulsion aéronautique. Toutefois, les turbomachines produisent des niveaux d'émissions d'espèces polluantes qui ne sont plus acceptés. C'est pourquoi, la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu dans les chambres de combustion est essentielle pour aider au développement de moteurs plus propres. Dans de tels foyers, le carburant est injecté sous la forme d'un brouillard de gouttes, ce qui génère de fortes interactions avec l'écoulement d'air turbulent et la flamme. L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement de modèles en combustion diphasique en vue d'améliorer la capacité prédictive des outils de simulation numérique. Pour cela, un nouveau moyen d'essais dédié à l'étude des flammes diphasiques turbulentes a été conçu et une base de données expérimentales a été constituée (conditions inertes et réactives). Des visualisations simultanées de la diffusion de Mie des gouttes et du taux de dégagement de chaleur ont permis de mettre en évidence une structure de flamme complexe ainsi que l'existence de différents régimes de combustion. Un autre point important de ce travail a été d'analyser statistiquement la distribution spatiale de gouttes en conditions réactives à l'aide d'une méthode de mesure originale. Cette analyse a permis de quantifier les distances inter-gouttes (plus proches voisines) en différents points de l'écoulement et d'estimer les erreurs liées au traitement des données via une approche numérique. En outre, il apparaît que la distribution spatiale des gouttes s'apparente à une loi aléatoire uniforme alors que les modèles de combustion de gouttes s'appuient souvent sur une loi régulière
Influence du sillage de l'installation motrice sur un écoulement d'extrados en configuration de vol de basse vitesse et de forte incidence. Recherche de stratégies de contrôle de l'écoulement by Matthieu Lucas( )

1 edition published in 2014 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Lors des phases de vol à basse vitesse et à forte incidence, les effets d'installation motrice sontpilotés par une dynamique tourbillonnaire complexe, instationnaire et en interaction pariétaleforte. Il en résulte en particulier, à la jonction du mât réacteur et de la voilure, l'apparition d'untourbillon de type trombe qui est advecté proche de l'extrados de la voilure. Son interaction avecla couche limite d'extrados a tendance à dégrader les performances aérodynamiques de l'aile etpeut favoriser son décrochage prématuré. Dans ces conditions de vol, l'écoulement autour del'installation motrice est alors régi par la concomitance de décollements locaux, d'interactionstourbillon / couche limite et tourbillon / tourbillon, ainsi que le développement d'instabilitéstelles que l'éclatement tourbillonnaire, le tout en présence d'un gradient de pression défavorableimposé par la voilure.Les travaux menés au cours de cette thèse visent dans un premier temps, par une recherchebibliographique ciblée, à identifier et à analyser les mécanismes tourbillonnaires imposés par laprésence d'une installation motrice proche de voilure afin d'améliorer la compréhension de leurimpact sur les performances aérodynamiques de l'avion. Une attention particulière est portéesur l'analyse des phénomènes d'interaction tourbillon / couche limite qui se produisent sur l'extradosde la voilure.En se basant sur les formes tri-dimensionnelles complexes d'un avion de transport commercial,une simplification géométrique du système Nacelle/Mât/Voilure est proposée. Dans certainesconditions d'angle d'incidence et de dérapage, cette géométrie de référence permet de reproduireune dynamique tourbillonnaire analogue à celle rencontrée sur un avion. Plus spécifiquement,l'accent est porté sur la capacité de cette géométrie à générer un tourbillon de type trombe.Sur cette base, les travaux menés au cours de cette thèse s'intéressent ensuite à caractériserl'influence de modifications locales de la forme du mât sur cette dynamique tourbillonnaire,et notamment sur le tourbillon de type trombe naissant à la jonction mât/voilure. Afin de répondreà ces objectifs, deux approches complémentaires de la mécanique des fluides sont mises enœuvre : d'une part, une approche numérique menée à travers des calculs chimères stationnaireset instationnaires de types RANS et URANS; d'autre part une approche expérimentale conduitepar le biais d'essais en soufflerie mettant en œuvre des visualisations par enduit pariétal ainsique de la PIV bi-composante et stéréoscopique. Une cartographie exhaustive de l'écoulement estainsi obtenue autour de la géométrie de référence et des différents effets de forme. Combiné àun algorithme de suivi des structures cohérentes, les phénomènes tourbillonnaires en interactionpariétale forte sont alors précisément caractérisés. En l'absence de dérapage, l'écoulement autourde la géométrie de référence en incidence est symétrique. Deux structures tourbillonnairescontra-rotatives, générées de part et d'autres des flancs du mât simplifié sont advectés sur l'extradosde la voilure. Cette topologie d'écoulement, partiellement connue de la littérature, a enpartie permis de valider les méthodes expérimentales et numériques mises en place ici. La miseen dérapage de la géométrie en incidence complique l'écoulement et permet de restituer uneorganisation tourbillonnaire analogue à celle rencontrée sur un avion réel, avec en particulier lagénération d'un tourbillon trombe. Le bon accord des résultats expérimentaux et numériques, etla complémentarité des méthodes ont ainsi apporté des éléments de réponse sur les mécanismesà l'origine des décollements locaux d'extrados, qui favorise le décrochage prématuré de la voilure
Modélisation des fluctuations de la pression pariétale d'une couche limite turbulente pour des applications en vibro-acoustique by Sylvain Morilhat( )

1 edition published in 2018 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Une couche limite turbulente se développant le long d'une paroi présente des fluctuationsde vitesses et de pression importantes. Si la paroi du profil est suffisammentsouple, les fluctuations de pression pariétale peuvent la faire rentrer en vibration cequi induit un rayonnement acoustique de chaque côté de la paroi. Ce scenario estl'un des mécanismes de génération de bruit interne dans les aéronefs. Le but de cettethèse est de proposer un modèle de reconstruction des fluctuations de pression pariétaleafin de prévoir in fine le bruit rayonné. Plutôt que de reposer sur une approchesemi-empirique, les modèles développés dans cette thèse se basent sur la résolutionanalytique de l'équation de Poisson liant les fluctuations de pression aux fluctuationsde vitesses. Ces dernières sont modélisées par exemple à l'aide des profils moyensde la couche limite obtenus grâce à un calcul RANS. La résolution de l'équation dePoisson dans ce contexte a déjà été entreprise en particulier par Lysak et Aupoixet leurs travaux sont le point de départ de cette thèse. Cependant, leur modèle nedonne qu'une description temporelle des fluctuations de pression pariétale alors queles aspects spatiaux sont nécessaires pour une application vibro-acoustique. L'apportde cette thèse consiste donc en une modification de leur modèle afin de palliercette difficulté. En parallèle de ces travaux de modélisation, une expérience de validationen soufflerie a été élaborée et mise en place. Les fluctuations de vitesses ontété mesurées par vélocimétrie laser tandis que les fluctuations de pression pariétaleont été mesurées à l'aide de micro-tiges mobiles. Le modèle initialement développéà été affiné à l'aide de ces mesures. En particulier, une description anisotrope desfluctuations de vitesses a été développée, ce qui est plus cohérent pour un écoulementcisaillé que la description homogène isotrope utilisée jusqu'alors. Les modèlesdéveloppés ont un large recoupement avec le modèle semi-empirique de Corcos quiest la référence utilisée pour les applications en vibro-acoustique. Cependant, desdifférences comportementales importantes aux hautes et basses fréquences ont étémises en évidence. Le modèle de Corcos peut donc être remis en question pour cesplages fréquentielles. Ces résultats théoriques doivent néanmoins être confortés pardes mesures
Etude et contrôle du décrochage d'une voile-aile rigide multi-éléments by Alessandro Fiumara( )

1 edition published in 2017 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Wingsail is a propulsion system substituting the conventional main soft sail on the America's Cup and C-class catamarans. This rig is similar to a slotted-flap aeronautical wing, made by two elements divided by a slot. With respect to soft sails, the wingsail improves the performance of the yachts allowing navigating faster than the wind in both the upwind and downwind points of sail. However, the abrupt stall characteristics of the wing and its sensitiveness to the wind unsteadiness make difficult its management during the navigation. The modification of the strength of the aerodynamic forces acting on the wingsail, due to a gust or to the achievement of the stall limit, can compromise the stability of the catamaran. Thus, the wingsail has to be designed and trimmed to avoid the possibility of a capsize but, to do this, the aerodynamic envelop of the wingsail must be known. The aim of the Ph.D. project is, hence, to characterize the flow around the wingsail investigating the influence of the geometric and trim parameters on the wing performance
Modélisation des instabilités hydrodynamiques dans les moteurs-fusées hybrides by Jérôme Messineo( )

1 edition published in 2016 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Les moteurs-fusées hybrides combinent les technologies des deux autres catégories de moteurs à propulsionchimique, et associent un combustible et un oxydant stockés respectivement sous phase solide et liquide.Cette architecture offre un certain nombre d'avantages, comme par exemple des coûts plus faibleset une architecture simplifiée par rapport à la propulsion bi-liquide; la possibilité de réaliser de multiplesextinctions et ré-allumages et une bonne impulsion spécifique théorique par rapport à la propulsion solide,et enfin une sécurité de mise en œuvre accrue et un impact environnemental faible vis-à-vis de ces deuxautres modes de propulsion. Comme toutes les chambres de combustion, celles des moteurs hybrides peuvent subir des oscillations de pression sous certaines conditions de fonctionnement. Ces instabilités se traduisent par des fluctuationsde poussée qui peuvent dégrader la structure d'un lanceur ou d'un satellite. Des phénomènes diverspeuvent être à l'origine des fluctuations de pression observées dans les moteurs hybrides.L'objectif de la thèse est de proposer une modélisation des instabilités d'origine hydrodynamique quiapparaissent dans les moteurs hybrides. Une exploitation nouvelle de la base de données disponible àl'ONERA a servi de support pour la modélisation, ainsi que des simulations numériques instationnaires 2Det 3D réalisées à l'aide du code CFD CEDRE. Les instabilités sont provoquées par la formation périodiquede structures tourbillonnaires dans la chambre de combustion, qui génèrent des fluctuations de pressionlors de leur passage dans le col de la tuyère. L'originalité du modèle, basé sur la théorie classique degénération tourbillonnaire dans une cavité, consiste à prendre en compte les variations géométriques dela chambre de combustion au cours des tirs. Ces variations ont un effet sur la vitesse de l'écoulement, surla zone de recirculation dans la post-chambre, ainsi que sur les tourbillons eux-mêmes. Enfin, plusieursnouveaux essais du moteur hybride HYCOM ont été effectués et confrontés au modèle développé dans lecadre de la thèse
Simulation numérique directe de l'impact de SLD (Supercooled Large Droplet) sur une paroi by Thibault Xavier( )

1 edition published in 2020 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

La lutte contre la formation de givre en vol est un enjeu majeur en aéronautique en tant que source majeured'accidents. Lors de la collision avec les gouttes d'eau surfondue présentes dans les nuages, l'accrétion de givre engendrée peut détériorer les performances aérodynamiques de l'appareil ou obstruer les capteurs. Dans ce contexte,la compréhension détaillée du processus d'impact de goutte est encouragée par l'évolution des normes de certification pour adapter les dispositifs de protection. L'utilisation d'un outil de simulation numérique directe (DNS)permet d'accéder à des grandeurs physiques difficilement accessibles par l'expérience et de fournir des donnéespour la modélisation. Néanmoins, les impacts à haute vitesse demandent des méthodes numériques à la foisprécises, conservatives et robustes tout en exigeant un coût de simulation élevée. Dans cette thèse, on contribue àla compréhension de la physique de l'impact de goutte à basse et haute vitesse sur différents types de cible, paroissèche ou mouillée. Ceci est fait à travers le développement et l'utilisation du code DNS DYJEAT, qui résoutles équations de Navier-Stokes incompressibles diphasiques. Une approche centrée sur les méthodes Level-Set etVolume-of-Fluid permettent de répondre aux défis de ce type de simulation. A l'aide de ce code, on étudie d'abordle phénomène d'étalement en implémentant une modélisation des effets capillaires en paroi. On s'intéresse parla suite à la formation d'une couronne liquide lors d'un impact sur une épaisseur liquide. L'instrumentation ducode réalisée permet de caractériser finement la couronne et les structures secondaires formées lors de l'impact.A partir du post-traitement d'expériences à haute vitesse menées à l'ONERA, on a réalisé une campagne desimulations sur des configurations à haute énergie, jusqu'à présent peu explorées en littérature. Ces campagnesde calculs permettent en particulier d'explorer l'effet de la nature de la paroi, de l'angle d'impact ou de la pressionambiante sur le phénomène de splash. Ces calculs nécessitent des maillages pouvant dépasser le milliard de pointset impliquent l'adaptation des pratiques de calcul décrites aussi dans ce travail, et appliquées lors de l'utilisationdes supercalculateurs au niveau régional ou national
Endurance improvement of mini UAVs through energy harvesting from atmospheric gusts by Nikola Gavrilović( )

1 edition published in 2018 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

This thesis aims at discovering the feasibility and potential of energy-harvesting from atmospheric gusts for micro and mini unmanned aerial vehicles. The atmosphere serves as a great source of energy that can be harvested in order to increase performance of small UAVs in form of extended endurance and range. It is well known that many bird species use various flight techniques for achieving astonishing flight performances. Considering the fact that aforementioned vehicles share size and flight speed with natural flyers, this thesis can be considered as an application of bioinspired flight techniques for man made vehicles. This three-year study set out to establish a theoretical derivation of equations that describe flight dynamics of an aircraft in presence of gusty environment. The first achievement was demonstration of energy harvesting mechanism and influencing parameters through simulations that describe aircraft point mass model flight with optimized control of elevator in presence of sinusoidal and stochastic wind profile. The next achievement is related to a biologically inspired sensory system that uses wing pressure measurements for local angle of attack estimation. That particular system found purpose in wind field estimation, as decisive mechanism and stall protection. Finally, last contributions are related to experience and results gained from flight tests which aimed to prove increase in energy state of the aircraft while performing energy harvesting maneuvers. The first flight test campaign was performed with commercially available mini UAV equipped with multi-hole probes and custom designed controller. This campaign demonstrated the raise in energy state within strong horizontal wind gradient. The second flight test campaign was done with a flying wing equipped with pressure sensing system for wind field estimation. This campaign also involved additional insight savings in electrical power consumption during energy harvesting flights
Étude expérimentale de l'atomisation d'une nappe liquide avec et sans zone de pré-film en vue de sa modélisation - Influence des conditions aux limites by Baptiste Déjean( )

1 edition published in 2015 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

In the context of combustion for aeronautical engines, airblast injectors are used. A strong air flow perturbs the fuel, which is atomized in fine drops in combustion chamber. Modeling of this process requires a better understanding of mechanisms occurring during two fluid interaction and in particular boundary condition influence. The work realize during this PhD thesis corresponds to this problematic by studying flow thickness and air flow configuration influences as well as the one of the presence and the length of a prefilming zone.Development and improvement measure techniques have been necessary in order to characterize atomization process. Oscillation frequency, breakup length, liquid thickness and drop size measures have been realized what has enabled to highlight the influence of previously listed parameters. Correlations have been then proposed so as to predict process evolution according to boundary conditions of injection system
Analyse expérimentale et modélisation numérique d'un actionneur plasma de type jet synthétique by François Laurendeau( )

1 edition published in 2016 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Nowadays, many studies are conducted in order to decrease greenhouse gases and noiseemissions from aircrafts. Active aerodynamic flow control is a way considered to meet thesechallenges. Among developed technologies of control, plasma actuators offer several advantages,including compactness, easy implementation and fast response. This thesis is devotedto the study of a plasma synthetic jet actuator which comes in the form of a small cavityinserted in wall and connected to the environment through a nozzle. An electrical arc isgenerated in the cavity, resulting in an increase of the cavity air pressure. Consequently,a jet is produced at the nozzle exhaust that can interact with the external flow. After thisejection phase, an aspiration phase naturally occurs, allowing the process to be repeatedat a frequency that can reach several kilohertz. This thesis aims at building a numericalmodel able to reproduce these physical phenomena. To do so, a Large Eddy Simulationis performed. The action of the plasma arc is taken into account through source terms inthe energy equation. In particular, these source terms are calculated using the assumptionof local thermodynamic equilibrium in the plasma. In addition, the heating of the actuatormaterials is simulated when it is operated at high frequency. The results from the numericalmodel are compared with velocity measurements, carried out when the actuator works ina quiescent environment and when it interacts with a boundary layer
Modélisation des efforts aérodynamiques instationnaires pour la prévision du phénomène de tremblement sur des avions civils by Raúl Calderón( )

2 editions published in 2014 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

The buffeting is a phenomenon that can affect various parts of the aircraft creating problems of structural fatigue or comfort as well as limiting the flight envelope. It is hence important to understand this phenomenon in order to be able to better predict it. Four types of buffeting are studied in this thesis, the horizontal tail plane buffeting, the wing lower surface buffeting, the APF buffeting and the wing upper surface buffeting. The first part of the thesis describes the physics of these phenomena based on the information collected in the literature and analysis of different wind tunnel test campaign data. This section highlights the unsteady characteristics of each buffeting phenomenon. The second part presents the state of the art of the buffeting prediction, showing not only the difficulties associated with previous modelling methods but also the benefits of the use of certain tools such as CFD to better understand these phenomena. Finally, the third part presents the new semi-empirical model based on coherence functions and developed to better predict the different types of buffeting. A validation of this model was performed on various wind tunnel tests campaigns giving very good results for most of the analysed phenomena
Etude du mélange gazeux produit par instabilité de Richtmyer-Meshkov en régime initial périodique faiblement diffus by Pierre Graumer( )

1 edition published in 2019 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

This work proposes an experimental analysis of the spatio-temporal development of an air/heliummixing zone promoted by the Richtmyer-Meshkov instability (RMI). This study relies on the useof a vertical shock tube and on the development of a new experimental protocol associated with aninnovative device for the generation of an initial interface between two gazeous species. This deviceconsists a rigid retractable curtain and of a series of rotating shutters. The characterization ofthis initial interface and the spatio-temporal evolution of the RMI-induced mixing zone is carriedout by exploiting the results of various experimental methods such as time resolved Schlierenvisualizations, planar laser mie scattering and Particle Image Velocimetry (PIV). In a first step,various measurement campaigns have made it possible to quantify the repeatability of the newdevice and to demonstrate its ability to generate a periodic, weakly diffused interface. In a secondstep, a study of the gaseous mixing for a given set of experimental parameters is proposed. Theanalysis focuses on the understanding of the underlying mechanisms driving the gaseous interfaceformation and the transition to turbulence of the RMI-induced mixing. The interaction betweenthis mixing zone and the reflected shock from the upper end of the tube (re-shock phenomenon)is also studied in order to confirm the turbulent transition of the mixing zone
Méthodes compactes d'ordre élevé pour les écoulements présentant des discontinuités by Raphaël Lamouroux( )

1 edition published in 2016 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Following the recent development of high order compact schemes such as the discontinuous Galerkin or the spectraldifferences, this thesis investigates the issues encountered with the simulation of discontinuous flows. High order compactschemes use polynomial representations which tends to introduce spurious oscillations around discontinuities that can lead to computational failure. To prevent the emergence of these numerical issues, it is necessary to improve the schemewith an additional procedure that can detect and control its behaviour in the neighbourhood of the discontinuities,usually referred to as a limiting procedure or a limiter. Most usual limiters include either the WENO procedure, TVB schemes or the use of an artificial viscosity. All of these solutions have already been adapted to high order compact schemes but none of these techniques takes a real advantage of the richness offered by the polynomial structure. What's more, the original compactness of the scheme is generally deteriorated and losses of scalability can occur. This thesis investigates the concept of a compact limiter based on the polynomial structure of the solution. A monodimensional study allows us to define some algebraic projections that can be used as a high-order tool for the limiting procedure. The extension of this methodology is then evaluated thanks to the simulation of different 2D and 3D test cases. Those results have been obtained thanks to the development of a parallel solver which have been based on a existing unstructured finite volume CFD code. The different exposed studies detailed end up to the numerical simulation of the shock turbulent boundary layer
Étude et analyse numérique d'un jet chaud débouchant dans un écoulement transverse en utilisant des simulations aux échelles résolues by Benjamin Markus Duda( )

2 editions published in 2012 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Numerical methods for the simulation of hot jets in cross flow at high Reynolds numbers and small momentum ratios are presented. Different turbulence modeling strategies, i.e. URANS, SAS, DDES and ELES, are validated against experimental data on a generic configuration, highlighting the necessity of scale-resolution for a correct prediction ofthermal mixing. The analysis of transient flow simulations allows the identification of inherent flow dynamics as well as mixing phenomena and the application of the Proper Orthogonal Decomposition revealed the lateral wake meandering as being one of them. Due to the multi-scale problem which arises when simulating jets in cross flow on real aircraft configurations, the sequential approach based on the SAS turbulence model is introduced. As results for the exhaust of a nacelle anti-icing system comprising multiple jets in cross flow agree well with flight test data, the approach is applied in a last step to the complex exhaust of a pre-cooling system, emphasizing the capabilities of this methodology in an industrial environment
Méthode intégrale pour la couche limite tridimensionnelle - Applications au givrage by Charlotte Bayeux( )

1 edition published in 2017 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Icing has since long been identified as a serious issue in the aeronautical world. Ice accretion occurs whensupercooled water droplets impinge on a surface, particularly the leading edge of a wing or an engine inlet, andfreeze after the impingement. This can lead to degradation of aerodynamic performances, sensor malfunctionor engine damage. This is why this issue is being carefully studied. The lengthy and costly flight and windtunnel tests have made numerical simulation of ice accretion a necessary tool in the aircraft design andcertification process. The present work deals with the 3D numerical modeling of ice accretion, and more particularly the modeling of the dynamic and thermal boundary layers that develop around an iced body. Since numerical tools must befast and robust, the approach proposed in this thesis for aerodynamic computation is a coupled Euler/integralboundary layer method. Thus, an integral model is developed to represent the development of the dynamicboundary layer. The thermal part is modeled either by a simplified method based on algebraic approaches,or by an integral method. This modeling of the dynamic and thermal boundary layers is valid on smoothor rough walls and provides the friction coefficient and heat exchange coefficient that are necessary for thecalculation of ice accretion. The integral boundary layer equations, associated with their closure relations,are then solved by a Finite-Volume method on unstructured surface mesh, that is well suited for complexgeometries. In addition, specific numerical treatments are implemented to improve the accuracy of the methodin the vicinity of the stagnation point and to make the code robust to separated boundary layers.After validation of the boundary layer method, the code is used in ONERA's 2D and 3D icing tools foricing applications. This demonstrates the value of the method in terms of robustness and accuracy comparedto the boundary layer codes more commonly used in current icing tools
Étude expérimentale du rôle de la phase liquide dans les phénomènes d'instabilités thermo-acoustiques agissant au sein de turbomachines diphasiques by Julien Apeloig( )

2 editions published in 2013 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

The purpose of this experimental study was to further our understanding of the fuel spray behavior during combustion instability phenomena in combustion chambers. An aeronautical injection system with dual kerosene lines was mounted on the LOTAR setup, which was equipped with an adjustable exhaust length. Stability maps were generated by varying the global equivalent ratio and the fuel split parameter, for two Inner Exhaust Lengths (IEL). A non-unique multiphase flow condition was found to produce stable and unstable combustion for different IELs. Each configuration was fully characterized. Acoustic boundary conditions were measured using the 2-microphone technique. Different optical techniques were used toanalyze the unsteady behavior of the liquid phase, fuel vapor, and heat release. Moreover, two techniques were exploited to study the Flame Transfer Function using velocity measurement supstream and downstream of the injection device. Altogether, these results highlighted three atomization phenomena occurring during the cycles of thermo-acoustic instabilities. The phase-averaged analysis applied on the different measurements permitted to determine thetime scales associated with each process appearing in the thermo acoustic coupling. This cyclic injection of liquid fuel into the chamber was followed by a vapor phase increase corresponding to a wave of equivalent ratio. The delay between the two phenomena was of10°. In addition, OH* emissions showed a cyclic behavior following these waves. The delay between the wave of equivalent ratio and the unsteady heat release was approximately of 25°.Finally, spatial distribution of the Rayleigh index revealed that the inner recirculation zone contributed to sustain the combustion instability
Etude expérimentale du comportement linéaire et non linéaire d'une flamme diphasique soumise à une excitation acoustique. Mise en œuvre d'une méthode de contrôle adaptative by Anthony Desclaux( )

1 edition published in 2020 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

This PhD thesis supports the effort undertaken by ONERA to understand the mechanisms of stabilizationof two-phase flames in aeronautical engines. This work concerns more particularly the dynamics of spraysand flames disturbed by acoustic waves. This work studies the role of liquid fuel injection on the non-linearresponse of stabilized flames downstream of an industrial multipoint injector with a central pilot zone. Basedon previous work, the first objective is to study the influence of acoustic disturbances on the behavior ofliquid fuel injection in the multipoint zone. The observed phenomena are reproduced, in an idealized form,from a simplified experimental set up based on the configuration of a liquid jet injected into air crossflowsubmitted to an acoustic forcing. The results highlight the atomization mechanisms of the jet and itsinteraction with acoustic disturbances. The study of the spray shows the appearance of droplet densitywaves. The influence of drop size on these phenomena is characterized. The second objective of this workis to analyze the behavior of a two-phase flame (kerosene/air) disturbed by acoustic excitations. In this case,a second experimental configuration is implemented. This experimental set up reproduces in a realistic waythe phenomena encountered in combustion chambers. This work uses the "Flame Describing Function"(FDF) approach. In order to do this, the fluctuations of the heat release rate from the flame are characterizedusing an original method based on the simultaneous measurement of the chemiluminescence of severalradicals. The results are obtained for two injection configurations, one using the pilot zone alone and theother using the entire injector. The analysis of the FDFs reveals saturation phenomena which limit the flameresponse. Comparison of the results between the two injection configurations shows that the delay betweenflame response and flow disturbances is strongly influenced by the injection mode. All the results obtainedin this work constitute an experimental database to validate reactive LES simulations and to provide a modelfor describing the flame behavior in simulations based on "low order" approaches
Simulation multi-échelle de l'atomisation d'un jet liquide sous l'effet d'un écoulement gazeux transverse en présence d'une perturbation acoustique by Swann Thuillet( )

1 edition published in 2018 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

The reduction of polluting emissions is currently a major issue in the aeronautics industry.Among the solutions developed by the engine manufacturers, lean combustion appears as an effectivetechnology to reduce the impact of combustion on the environment. However, this type oftechnology enhances the onset of combustion instabilities, resulting from a thermo-acoustic coupling.Experimental studies previously conducted at ONERA have highlighted the importanceof atomization in a multipoint injector to the combustion instabilities. The aim of this thesis isto implement the multi-scale methodology to reproduce the coupling phenomena between theatomization of the liquid jet in the presence of a crossflow (which is a simplified configuration ofan injection point of a multipoint injector) and an imposed acoustic perturbation, representativeof the effect of combustion instabilities. This type of approach can ultimately be used for the unsteadysimulation of a combustion system, and will determine the characteristic convection timesof the liquid fuel that can affect the phenomena of evaporation and combustion, and therefore theappearance of combustion instabilities. In order to validate this approach, the results obtainedfrom the simulations are systematically compared with the experimental observations obtainedwithin the framework of the SIGMA project. First, a simulation of the liquid jet in gaseous crossflowis performed. This simulation enabled us to validate the multi-scale approach : to this end,the large scales of the jet, as well as the atomization mechanisms reproduced by the simulations,are analyzed. Then, the influence of an acoustic perturbation on the atomization of the liquidjet is studied. The unsteady behavior of the jet and the spray resulting from the atomization arecompared with the experimental results using time averages and phase averages
Influence of cavity flow on turbine aerodynamics by Maxime Fiore( )

1 edition published in 2019 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Afin de faire face aux fortes températures rencontrées par les composantsen aval de la chambre de combustion, des prélèvements d'air plus frais sont réalisésau niveau du compresseur. Cet air alimente les cavités en pied de turbine et refroidiles disques rotor permettant d'assurer le bon fonctionnement de la turbine.Ce manuscrit présente une étude numérique de l'effet de ces écoulements de cavitéau pied de la turbine sur ses performances aérodynamiques. Les phénomènesd'interaction entre l'air de cavité en pied de turbine et l'air de veine principal est unphénomène encore difficilement compris. L'étude de ces phénomènes est réalisée autravers de différentes approches numériques (RANS, LES et LES-LBM) appliquéesà deux configurations pour lesquelles des résultats expérimentaux s ont disponibles.Une première configuration en grille d'aube linéaire en amont de laquelle différentesgéométries d'entrefer (interface entre plateforme rotor et stator) et débits de cavitépouvaient être variés. Une seconde configuration annulaire composée de deux étagesde turbine comprenant les cavités en pied et plus proche d'une configuration industrielle.Les pertes additionnelles associées à l'écoulement de cavité sont mesurées etétudiées à l'aide d'une méthode basée sur l'exergie (bilans d'énergie dans l'objectifde générer du travail)
 
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École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés. Equipe d'accueil EDyF

Équipe d'accueil ISAE-ONERA EDyF

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