Simulation de la formation de traînée de condensation dans le champ proche d’un turboréacteur d’avion avec un modèle microphysique basé sur la solubilité des particules de suie

Résumé

L’impact environnemental de l’aviation civile identifier avec le bilan énergétique globale est en grande partie causé par l’effet de serre issu des traînées de condensation, formé par le passage d’un avion dans l’espace aérien pouvant former avec les bonnes conditions ambiantes des cirrus induits persistants. Ainsi, la formation de traînée de condensation est un phénomène difficilement mesurable expérimentalement renforçant l’intérêt de la modélisation et de la simulation pour quantifier son impact. Pour cette raison, des travaux ont été menés afin de mieux comprendre les phénomènes physiques est les processus à l’origine de la formation et de la croissance des cristaux de glace menant à l’apparition des cirrus induits. La dynamique des fluides numérique (CFD) est utilisée afin de simuler le jet en sortie de propulseur seul dans les conditions de vol en croisière. Les équations, moyennées de Navier- Stokes avec une décomposition de Reynolds, sont résolues dans le champ proche du jet. Les simulations modélisent un gaz multiphasique, formé d’air et de vapeur d’eau, compressible dans un régime turbulent. Une phase solide est ajoutée pour modéliser les particules de suie, issue de la combustion dans le propulseur, dans le jet, permettant ainsi de suivre le déplacement de celle-ci à l’aide d’une approche lagrangienne. Finalement, la croissance de ces particules, évoluant dans le jet, est calculée en reprenant les modèles développés par Kärcher pour la phase liquide et par Fukuta et Walter pour la phase solide. Les résultats obtenus explorent l’impact des différents paramètres lié à l’environnement ambiant et à la propulsion. Ils montrent que des températures élevées (>225 [K]) empêchent la formation de traînée de condensation, tandis que des températures plus basses (<215 [K]) la favorisent. L’humidité ambiante n’affecte pas le développement des traînées dans le champ proche du propulseur, parce que l’eau dans le jet provient principalement de la propulsion. En augmentant la quantité d’eau expulsée par la propulsion, le nombre de cristaux de glace formé par la combustion est accru. L’indice d’émission en particule de suie influence le nombre maximal de cristaux pouvant être formé et la quantité d’eau disponible dans le domaine. Finalement, le rayon initial des particules de suie exerce une influence sur le résultat seulement si la température ambiante se rapproche de la température seuil (~225 [K]) pour la formation de cristaux de glace.

Date	6 déc. 2024
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	François Garnier (Directeur(-trice))