Simulation numérique de l’écoulement d’un mélange air et phase dispersée pour l’allumage d’une chambre de combustion aéronautique via un formalisme Euler Lagrange

Today, numerous experimental tests are required to ensure the ignition capability of aeronautical engines in the whole operating domain. Numerical tools able to correctly predict the ignition performance of a combustion chamber could limit the use of experimental tests and accelerate the design of new combustion chambers. The goal of this thesis is to contribute to the development and validation of numerical tools for the Large Eddy Simulation (LES) of the ignition of a turbulent multiphase flow in a combustion chamber. An energy deposition method that models the energy supplied by the spark plug to the flow was implemented in the CEDRE code. This method was validated on a simulation of the ignition of a purely gaseous laminar propane-air flow. Then, a LES of the non-reacting gas flow in the monosector combustor MERCATO was performed with the Navier-Stokes solver CHARME of the CEDRE code. The comparison of mean and fluctuating velocity fields between simulations and experiments demonstrates that the main flow field features are well reproduced. In order to simulate the non-reacting dispersed two-phase flow of the same configuration, a simplified injection method called FIMUR was implemented in the Lagrangian solver SPARTE of the CEDRE code. In this method, droplets are injected directly at the tip of the injector with velocities deduced from experimental correlations while the size distribution is directly obtained from experimental data. The comparison of the mean droplet velocity and diameter fields in the vicinity of the injector between simulations and experiments appears satisfactory. Finally, LES’s of the ignition of the MERCATO were performed using the non-reacting two-phase flow simulations and the aforementioned energy deposition method. Depending on the instant of energy deposition, the simulations lead to successful or failed ignitions. The flame propagation in a successful ignition was analysed in order to attempt to determine the physical phenomena at play and to better understand them.Pour garantir la capacité des moteurs aéronautiques à s’allumer même dans des conditions de haute altitude, de coûteux essais sont aujourd’hui nécessaires. Disposer d’outils de simulation numérique capables de prédire précisément les performances d’allumage d’une chambre de combustion pourrait permettre de limiter le recours aux essais et d’accélérer la phase de conception d’une chambre de combustion. L’objectif de cette thèse est de contribuer au développement et à la validation d’outils numériques permettant la Simulation aux Grandes Echelles (SGS) de l’allumage d’un écoulement turbulent diphasique dans une chambre de combustion. Pour ce faire, une méthode de dépôt d’énergie modélisant l’apport d’énergie lié au claquage de la bougie d’allumage a été implémentée dans le code CEDRE. Cette méthode a été validée sur une simulation de l’allumage d’un écoulement laminaire purement gazeux d’air et de propane. Ensuite, une SGS de l’écoulement d’air dans la maquette mono-secteur du banc MERCATO a été effectué à l’aide du solveur Navier-Stokes CHARME de la chaîne de calcul CEDRE. Cette simulation reproduit fidèlement l’écoulement turbulent non-réactif dans la chambre de combustion, comme l’attestent les comparaisons avec les données expérimentales pour les champs de vitesse moyens et fluctuants. Une méthode d’injection simplifiée appelée FIMUR a ensuite été implémentée dans le solveur lagrangien SPARTE de la chaîne de calcul CEDRE afin de permettre la simulation de l’écoulement turbulent diphasique dispersé non réactif de la même configuration. Dans cette méthode, des gouttes sont injectées directement au nez de l’injecteur avec une distribution de vitesse fonction de corrélations expérimentales basées sur des données géométriques et une distribution de taille issue des données expérimentales. Une SGS de l’écoulement diphasique non-réactif dans la chambre MERCATO a ensuite été réalisée avec cette méthode. La comparaison des champs particulaires moyens de vitesse et de taille obtenus par simulation numérique avec les données expérimentales est satisfaisante. Enfin, des SGS de l’allumage de la chambre MERCATO ont été effectuées à partir du champ diphasique non-réactif simulé et de la méthode de dépôt d’énergie développée. Selon l’instant du dépôt d’énergie, les simulations conduisent à des allumages réussis ou ratés. La propagation de la flamme dans la chambre pour un allumage réussi a fait l’objet d’une analyse détaillée pour tenter de déterminer les principaux facteurs l’influençant