simulation des grandes echelles de l'ecoulement instationnaire turbulent dans une tuyere 3D transsonique

A realistic 3D internal, unsteady, turbulent and compressible ow was simulated using the Large Eddy Simulation (LES). This work was supported by the Consortium Industrie- Recherche en Turbomachines (CIRT) and was conducted in a collaboration with the LEMFI. The selected test-case was a 3D convergent-divergent transsonic nozzle. Indeed there were available experimental results (ONERA) and numerical simulations using RANS approach (LEMFI) that could be used for comparisons with our simulation. Also this configuration contained the main physical phenomena encountered in turbomachinery. The nozzle is a rectangular channel with a swept three-dimensional bump on the lower wall. A 3D shock wave/boundary layer interaction takes place downstream the bump, lea- ding to a large separation. In the LES approach, the large unsteady and energetic scales are calculated. The contri- bution of the unresolved small scales is modeled using the mixed scale model, developped at the LIMSI-CNRS. Time integration of the equations is preformed by a second order explicit Runge-Kutta scheme. The spatial discretization of the Euler fluxes is obtained by a second order TVD Harten-Yee scheme while the viscous fluxes are discretized by a central scheme. The LES of such flow has given some interesting unsteady results. The temporal evolution of the turbulent eddies, convected by the mean flow, has been observed. The large sepa- ration became unstable and the shock wave oscillations were captured by the LES. The methodology was then validated by comparing our results on the isentropic Mach number, the mean velocity and the Reynolds stress tensor to the numerical results given by the statistical modelisation of Launder-Shima (LEMFI) and experiments (ONERA). The kinetic energy balance was also analyzed and compared to the statistical one, in the separation zone. The LES results on the balance of k have shown that this approach pre- dicts correctly the large fluctuations of the pressure in the shock wave measured in the midle of the channel, on the opposite of the statistical ones.Cette thèse porte sur la simulation numérique d'un écoulement interne compressible, ins- tationnaire et turbulent à l'aide de la Simulation des Grandes Echelles (SGE). Dans cette approche, les grandes échelles énergétiques et instationnaires de l'écoulement sont calcu- lées, tandis que les petites échelles sont modélisées. L'objectif de ce travail, réalisé en collaboration avec le Consortium Industrie-Recherche dans les Turbomachines (CIRT) et le LEMFI, est d'analyser les potentialités de la SGE pour le calcul d'écoulements confinés en géométrie 3D en vue d'applications aux turboma- chines. Le cas d'étude retenu pour la validation de la méthodologie est l'écoulement dans une tuyère 3D transsonique pour lequel il existe de nombreux résultats statistiques (LEMFI) et expérimentaux (ONERA). La tuyère est caractérisée par une bosse en flèche sur la paroi basse génératrice d'effets 3D. L'écoulement, sans rotation, présente cependant les phénomènes physiques complexes d'interaction onde de choc/couche limite et de large dé- collement, comme ceux rencontrés au sein des turbomachines. La SGE est obtenue à partir d'un modèle de sous maille d'échelles mixtes développé au LIMSI-CNRS. La discrétisa- tion temporelle des équations est réalisée par un schéma de Runge-Kutta explicite d'ordre deux. Les flux Euler sont discrétisés par un schéma TVD d'Harten-Yee d'ordre deux tandis que les flux visqueux le sont par un schéma centré. La SGE a permis d'obtenir des informations instationnaires sur l'écoulement, et de mettre en évidence la formation et le lâcher de tourbillons dans la tuyère. La solution insta- tionnaire est différente de la solution stationnaire RANS obtenue avec une modélisation statistique classique et montre l'oscillation du choc et la déstabilisation du décollement au cours du temps. Les résultats de la SGE obtenus sur le nombre de Mach isentropique, les profils de la vitesse moyenne et les tensions de Reynolds sont discutés et comparés aux résultats expérimentaux (ONERA) et statistiques, obtenus avec le modèle de Launder- Shima (LEMFI). Le bilan de l'énergie cinétique turbulente (k) est analysé et comparé à celui donné par la modélisation statistique, dans le décollement. Les résultats de la SGE montrent des différences notables avec les résultats statistiques dans le c÷ur de la tuyère : les termes de fluctuations de pression importants mesurés dans le choc sont pris en compte par la SGE