Influence de la géométrie de la tuyère sur la formation de trainées de condensation dans le champ proche d’un turboréacteur d’avion

Résumé

Dépendamment des conditions atmosphériques, les trainées de condensation formées dans le sillage des avions peuvent devenir persistantes et donner lieu à des cirrus. Ces cirrus artificiels influent le bilan énergétique terrestre et représente une part conséquente du forçage radiatif lié à l’aviation civile. Depuis ces dernières décennies, des études ont été menées afin de comprendre les processus de formation des contrails. Celles-ci ont notamment montré que le mélange avait impactait significativement la formation des cristaux de glace. Dans ce contexte, ce mémoire se propose d’étudier l’influence des géométries de tuyère couramment utilisées dans l’industrie sur les propriétés microphysiques des contrails. Un modèle numérique CFD est configuré afin de simuler un jet coaxial dans le champ proche d’un LEAP-1A33 en altitude de croisière. La température ambiante est de 219°K et l’humidité relative est de 60%. La phase gazeuse se compose d’air et de vapeur d’eau. Une approche de résolution des équations de Navier-Stokes instationnaires par décomposition de Reynolds (URANS) est utilisée pour modéliser l’écoulement de la phase gazeuse. Les particules de suies résiduelles de la combustion servent de noyaux de condensation pour les vapeurs d’eau présentes dans le panache et l’air ambiant. Celles-ci sont modélisées par des particules passives selon une approche lagrangienne. La croissance des cristaux de glace est modélisée selon le modèle de Fukuta et Walter implémenté au code commercial de STAR-CCM+. Deux études paramétriques ont été menées afin de quantifier l’influence des paramètres géométriques des chevrons (position sur la tuyère, nombre et angle de pénétration) et des mélangeurs lobés (nombre et hauteur de lobe) sur les propriétés aérothermodynamiques du jet ainsi que les propriétés microphysiques des contrails. Les résultats ont montré que les chevrons ne perturbaient pas suffisamment le mélange interne du panache pour observer des différences significatives sur les propriétés microphysiques, peu importe leur position, nombre et angle de pénétration. Les mélangeurs lobés ont quant-à-eux montré un fort impact sur le mélange et la diffusion de la température du jet. De fait, les configurations lobés engendrent un rayon moyen des cristaux de glace significativement plus important (+60%). L’étude paramétrique a montré que la diminution du nombre de lobes à tendance à accentuer ces écarts. Cependant la variation de la hauteur des lobes n’a pas montré d’impact notable sur les rayons des cristaux.

Date	19 oct. 2023
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	François Garnier (Directeur(-trice))