Simulation numérique de la formation des traînées de condensation dans le champ proche d'un turboréacteur d'avion

Résumé

L’impact des traînées de condensation sur le bilan radiatif terrestre est désormais admis dans la communauté scientifique, mais difficilement quantifiable. Dans ce contexte, ce travail de recherche se propose d’étudier la formation des traînées de condensation dans le champ proche d’un turboréacteur d’avion. La simulation numérique de la dynamique des fluides (CFD) est l’outil utilisé dans cette étude. Les équations instationnaires de Navier-Stokes moyennées de Reynolds (URANS) sont résolues pour la phase gazeuse en régime turbulent et compressible. En effet, une approche eulérienne pour la phase gazeuse composée d’air et de vapeur d’eau est en interaction avec une phase solide composée de particules passives. Le mouvement de ces particules passives représentant des particules de suies issues de la combustion du turboréacteur et des cristaux de glace reposent sur une approche lagrangienne. La croissance des cristaux de glace est calculée grâce au modèle mathématique de Fukuta et Walter programmé à cet effet dans le logiciel commercial STAR-CCM+. Les résultats portent sur l’influence du by-pass sur les propriétés aérothermodynamiques du jet propulsif et microphysiques des cristaux de glace. L’énergie cinétique turbulente est basse dès les premiers instants du jet propulsif et les cristaux de glace sont formés plus tard avec la configuration by-pass. Cependant, l’énergie cinétique turbulente s’intensifie avec la distance derrière le turboréacteur et la température diminue rapidement sur les bords du jet, là où la turbulence est maximale. Le nombre de cristaux de glace formés ainsi que la taille des cristaux de glace sont plus élevés à la fin du domaine avec le by-pass. Également, des etudes paramétriques ont été menées afin d’évaluer l’influence des paramètres de sortie du turboréacteur (nombre initial et rayon initial de particules, quantité de vapeur d’eau) et atmosphériques (température ambiante, humidité relative ambiante) sur les proprieties microphysiques des cristaux de glace. Par exemple, les résultats de l’étude paramétrique montrent que la température ambiante plus froide de 9K influe de manière importante sur le rayon moyen des cristaux de glace (+160,35 %) et sur le nombre de cristaux de glace formés (+24,54 %).

Date	5 nov. 2018
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	François Garnier (Directeur(-trice)) & François Morency (Codirecteur(-trice))