Simulation numérique des grandes échelles d’un jet propulsif en sortie de moteur d’avion avec modélisation microphysique des particules de glace

Résumé

L’importance mondiale accordée aux problèmes environnementaux et la perspective d’une croissance future du trafic aérien ont conduit la plupart des pays développés à lancer d’importants programmes de recherche de l’impact de l’aviation sur l’environnement. Le premier concerne l’impact sur le réchauffement climatique. Ce dernier a été suivi par la mise en place de mesures réglementaires réduisant essentiellement la pollution locale. Plus récemment, la pollution en altitude est devenue un sujet de recherche majeur. Ce dernier impact a été étudié par certains auteurs commePaoli & Garnier (2005b) ; cette étude a montré que le processus de formation des trainées de condensation est principalement contrôlé par l’entrainement du jet, le vortex et la diffusion turbulente du jet. De plus, dans les études sur l’impact de l’aviation sur le changement climatique, l’impact des trainées de condensation est celui qui représente le plus d’incertitudes. Dans ce contexte, cette thèse vise à mieux comprendre les phénomènes microphysiques dans le panache de l’avion, ces derniers conditionnant les propriétés des cirrus induits. L’objectif principal de la thèse est d’approfondir la compréhension de la formation et de la croissance des particules de glace en utilisant et modifiant un code de CFD de haute précision avec un modèle microphysique intégré afin de pouvoir modéliser la formation d’une traînée de condensation en altitude de vol. La simulation des grandes échelles d’un jet turbulent a été largement étudiée au cours de la dernière décennie. Les conditions de non-réflexion ont été utilisées comme conditions aux limites pour les jets libres dans la grande majorité des cas. Le modèle dynamique de Smagorinsky (DSM) donne de bons résultats à faible nombre de Mach (0,2) et faible nombre de Reynolds. Dans notre travail, les simulations ont été effectuées à l’aide du code FLUDILES pour calculer un jet libre à pression atmosphérique et un nombre de Reynolds élevé (106). Dans un premier temps, une validation du jet, en utilisant le code FLUDILES, sera faite. Les résultats obtenus seront comparés aux résultats expérimentaux en termes de grandeurs moyennes et turbulentes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous discuterons en détail des résultats de la simulation numérique de l’interaction jet/particules de suie en sortie de moteur à une altitude de croisière. Pour finir, nous nous concentrerons sur l’influence des caractéristiques du moteur sur la croissance des particules. L’impact scientifique et technologique de ces travaux consiste à avoir une compréhension plus précise de l’influence des effluents émis par l’aviation actuelle sur l’environnement. L’outil numérique ainsi développé permettra potentiellement de faire des modifications techniques dès même la conception du moteur et par conséquent réduire l’empreinte environnementale des moteurs d’avion.

Date	7 juil. 2021
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	François Garnier (Directeur(-trice)) & Emmanuel Montreuil (Codirecteur(-trice))