Tesis: "Tuyère supersonique"

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Mangin, Bruno. "Vectorisation fluidique de la poussée d'une tuyère plane supersonique". Orléans, 2006. http://www.theses.fr/2006ORLE2046.

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Resumen

On réalise des injections d’air dans le divergent d’une tuyère plane supersonique pour orienter son vecteur-poussée. Dans un premier temps, un modèle semi-empirique validé sur une expérience de la NASA a permis d’évaluer les performances globales de ce type d’action. D’après le modèle, l’effort latéral augmente lorsque l’écoulement de la tuyère ralentit. On a donc réalisé une expérience de vectorisation de la poussée d’une tuyère plane à nombre de Mach inférieur à 1,4. La tuyère est dissymétrique pour éviter l’impact du choc de décollement sur la paroi opposée. L’injection a lieu en fin de paroi longue. Différentes fentes d’injection sont testées afin de quantifier l’effet de l’angle et du nombre de Mach d’injection. Pour une injection supersonique (Mach 2) à contre-courant (60° par rapport à la verticale) on obtient l’efficacité inédite de 7° de déviation par pourcent du débit de la tuyère injecté. La déviation maximale de la poussée est supérieure à 30°. Ces résultats satisfont le cahier des charges des avionneurs (déviation de 20° pour un débit injecté inférieur à 5% du débit de la tuyère). On réalise alors des calculs RANS 2D qui se sont avérés capables d’évaluer assez précisément les performances malgré la proximité des parois latérales qui ralentissent l’écoulement. L’ajout d’une seconde injection en fin de paroi courte permet de déformer la ligne sonique mais cette méthode reste moins performante que l’injection seule dans le divergent.

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Girard, Stève. "Etude des charges latérales dans une tuyère supersonique surdétendue". Poitiers, 1999. http://www.theses.fr/1999POIT2373.

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Resumen

Lors du demarrage d'un moteur fusee au sol, la tuyere fonctionne en regime de surdetente. Durant ce regime transitoire, apparait un choc de recompression qui s'accompagne de decollements de la couche limite. Bien que la geometrie de la tuyere soit axisymetrique, les decollements perdent leur symetrie et donnent ainsi naissance a des efforts lateraux sur la tuyere elle-meme, efforts dont les effets sont rendus encore plus desastreux par les caracteres aleatoires et instationnaire du phenomene. Cette etude experimentale concerne le cas d'une tuyere axisymetrique profilee dite ideale. La tuyere fonctionne en air froid et sa structure est rigide. Les parois sont lisses et le nombre de mach en sortie eleve (m = 5). Les mesures de pression statique moyenne a la paroi mettent en evidence qu'il n'existe pas de recollement de la couche limite mais qu'il apparait une condensation de l'oxygene dans la partie supersonique de l'ecoulement. On observe un bon accord entre ces resultats et ceux issus des criteres de decollement empiriques. La condensation de l'oxygene a permis d'effectuer des visualisations de la partie supersonique en regardant dans le divergent par l'aval. Il a ete ainsi possible de mettre en evidence un domaine de pression generatrice pour lequel l'ecoulement semble tres agite. Dans le cas d'un decollement a mi-tuyere, des mesures par la technique des films chauds ont prouve l'existence d'instationnarites basses frequences dans toute la zone decollee, instationnarites fortement correlees le long d'une generatrice. La correlation associee aux signaux issus de deux generatrices diametralement opposees est negative et significative ce qui prouve l'existence d'efforts lateraux entretenus dans ces conditions experimentales. Les mesures de fluctuations de pression a la paroi ont permis de confirmer ces resultats et de quantifier les charges laterales. A partir de ces resultats, le niveau rms des efforts lateraux a ete estime a 100 dan.

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Bourgoing, Alexis. "Instationnarité et dissymétrie d'un écoulement supersonique décollé dans une tuyère plane". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003256.

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Resumen

Une campagne expérimentale, effectuée dans la soufflerie atmosphérique continue transsonique/supersonique S8Ch de l'Onera, a permis d'analyser en détail les aspects stationnaires et instationnaires des écoulements symétrique et dissymétrique produits par la surdétente d'une tuyère plane supersonique fonctionnant en régime surdétendu. Les fluctuations des structures de chocs ont été obtenues par un système de visualisation d'ombroscopie rapide : la Chronoloupe. A l'aide de l'analyse du champ aérodynamique tridimensionnel obtenu par des mesures effectuées au vélocimètre laser Doppler (LDV) et des visualisations des lignes de frottement pariétales, la topologie de l'écoulement comportant une structure de chocs dissymétrique a été reconstituée. L'analyse des deux zones décollées produites par les interactions onde de choc/couche limite ont permis de mettre en évidence des phénomènes basse fréquence (50-60Hz) associés à la convection de grosses structures tourbillonnaires. Les analyses spectrales des fluctuations de pression pariétale pour des configurations symétrique et dissymétrique ont permis de retrouver ces phénomènes basse fréquence et de caractériser des pics autour de 240Hz traduisant les battements de la structure des chocs.
Des simulations numériques bidimensionnelles et stationnaires réalisées en régime turbulent ont permis de confronter les modèles de turbulence les plus employés. Les résultats montrent des configurations de chocs différentes suivant les modèles adoptés. Une configuration dissymétrique a été obtenue par la simulation du transitoire d'amorçage de la soufflerie.

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Bakulu, Natungadio Florian. "Analyse et modélisation de la dynamique de jets décollés en tuyère supersonique". Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2019. http://www.theses.fr/2019ESMA0020.

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Resumen

Cette thèse, menée en collaboration entre le CNES et l’institut Pprime, a pour objectif d’améliorer la compréhension des phénomènes dynamiques présents dans les jets des tuyères supersoniques de fusée. Ces phénomènes peuvent être à l’origine de charges latérales pouvant endommager la tuyère.L’étude s’est concentrée sur une géométrie de tuyère idéale et sur 3 points de fonctionnement.Les travaux sont basés sur l’exploitation et l’analyse de données expérimentales et numériques.Les données expérimentales proviennent d’une campagne réalisée au sein de l’Institut Pprime comportant des mesures de pression pariétales synchronisées avec des mesures de champs de vitesse par PIV. En complément, une partie numérique consistant à reproduire les essais expérimentaux à l’aide de simulations numériques hautes performances basées sur des approches hybrides RANS/LES est réalisée.Une organisation particulière des fluctuations de pression pariétale vue dans certains travaux dont l’origine reste méconnue est retrouvée dans les données expérimentales et numériques. L’étude montre que cette organisation est aussi présente dans le champ de vitesse du jet où des liens avec la pression pariétale ont été établis par des calculs de corrélation. Les simulations numériques montrent qu’une telle coordination du champ de pression pilote la dynamique des efforts latéraux.Certains scénarios sur l’origine de cette fluctuation organisée sont écartés grâce au recours à des modèles réduits de l’écoulement
This thesis, conducted in collaboration with CNES and Pprime Institut, has the objective of enhancing the dynamic phenomena understanding present in supersonic rocket nozzle. These phenomena may cause lateral loads that can damage the nozzle.The study focused on an ideal nozzle geometry and 3 operating points. The work is based on the exploitation and analysis of experimental and numerical data. The experimental data come from a campaign carried out within the Pprime Institute involving measurements of wall pressure synchronized with measurements of velocity fields by PIV. In addition, a numerical part reproducing the experimental tests using high-performance numerical simulations based on hybrid RANS/LES approaches is carried out.The experimental and numerical data show a particular organization of the wall pressure fluctuations observed in some work whose origin remains unknown. The study shows that this organisation is also present in the velocity field of the jet where links with wall pressure have been established by correlation calculations. Numerical simulations show that such a coordination of the pressure field drives the lateral force dynamics. Some scenarios on the origin of this organised fluctuation are discarded by the use of reduced flow models

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Zmijanovic, Vladeta. "Vectorisation fluidique de la poussée d'une tuyère axisymétrique supersonique par injection secondaire". Phd thesis, Université d'Orléans, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00872072.

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La vectorisation de la poussée d'une tuyère propulsive supersonique axisymétrique est étudiée par le biais d'une injection fluidique transversale dans sa partie divergente. Cette étude menée dans le cadre du programme PERSEUS du CNES a été motivée par la recherche d'une solution alternative au pilotage conventionnel de la poussée par actionneurs mécaniques. Le travail de la thèse, tout en s'appuyant sur des approches expérimentale et numérique, comprend essentiellement une large étude paramétrique concernant principalement la position de l'injection, la forme de la tuyère, la nature et le débit du fluide injecté. L'analyse des résultats montre que pour certaines configurations optimales, des angles de déviation pertinents peuvent être obtenus pour des taux d'injections modérés. L'analyse numérique étendue aux écoulements chauds multi-espèces, plus proches des applications réelles, a montré que la vectorisation fluidique reste très performante lors de l'injection de produits de combustion dans le divergent.

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Boccaletto, Luca. "Maîtrise du décollement de tuyère. Analyse du comportement d'une tuyère de type TOC et définition d'un nouveau concept : le BOCCAJET". Thesis, Aix-Marseille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011AIX10012/document.

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Cette recherche s’articule en deux parties. L’objectif de la première partie est d’analyser par voie expérimentale et numérique la phénoménologie du décollement interne, dit décollement de jet (en regimes transitoire et établi) dans les tuyères supersoniques refroidies par film fluide. La deuxième partie porte sur la réinterprétation des concepts de tuyère existants pour aboutir à la proposition d’un nouveau dispositif de détente supersonique, qui offre une résistance accrue au décollement de jet. La première partie de cette thèse est basée sur l’analyse des résultats expérimentaux obtenus lors de la campagne d’essais réalisée à l’ONERA. Ces essais, ont mis en évidence des spécificités de comportement de la tuyère, inhérentes à la manière d’amorcer le jet supersonique principal par rapport à l’établissement du film pariétal. Ces mêmes expériences ont permis d’étudier le comportement instationnaire du décollement de jet lorsque les conditions d’alimentation sont maintenues en régime établi. L’apparition de fréquences caractéristiques a été mise en évidence et leur origine a été étudiée à l’aide de simulations numériques. En nous appuyant sur les considérations issues de la première partie de l’étude, une revue critique des concepts de tuyère existants a été menée. Ce travail a permis d’identifier une lacune majeure dans la définition des tuyères à écoulement interne, à savoir l’absence d’une « barrière » qui puisse prévenir l’occurrence du décollement de jet. Ainsi, nous avons proposé la conjonction d’un dispositif à écoulement externe (aerospike) et d’une tuyère classique afin de résoudre cette problématique in nuce, en créant une barrière fluidique continue tout autour du plan de sortie de la tuyère principale. L’efficacité de ce concept a donc été prouvée par calcul, puis une campagne expérimentale a été organisée afin de valider les résultats obtenus
This research is in two parts. The objective of the first part is to analyse by experimental and numerical means the phenomenology of nozzle flow separation in transient and steady state conditions. The second part of this research work focuses on the reinterpretation of existing concepts of converging-diverging nozzles, leading to the proposal of a new supersonic expansion device, with improved flow separation characteristics.Experimental data, collected during the test campaign conducted at ONERA, have been analysed and are presented in the first part of this thesis. Obtained results highlight some peculiarities of the transient behavior of the nozzle, mostly dependent on the synchronisation between the start-up phase of the main jet and the grow-up of the wall film. These same experiments have been also used to investigate the unsteadiness of the flow separation, when nozzle feeding conditions are maintained constant. Appearance of characteristic frequencies has been highlighted and their origin has been investigated by CFD simulations.In the second part, a critical review of existing nozzle concepts was conducted. This allowed identifying a major gap in the definition of traditional supersonic nozzles, namely the absence of a "barrier" that can prevent the occurrence of the flow separation. Thus, in the second part of this thesis we propose a new nozzle concept. It is based on the combination of a small aerospike and a conventional nozzle (main flow). Such an arrangement allows solving the flow separation problem in nuce. The effectiveness of this concept has been proved by calculation and by an experimental test campaign

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Mouronval, Anne-Sophie. "Etude numérique des phénomènes aéroélastiques en aérodynamique supersonique. Application aux tuyères propulsives". Phd thesis, INSA de Rouen, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011632.

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Cette thèse est consacrée à l'étude des phénomènes aéroélastiques dans les tuyères de propulseurs. Elle s'inscrit dans le cadre des activités du groupe de recherche Aérodynamique des Tuyères et Arrière-Corps (ATAC). Un des principaux objectifs de ce travail est de démontrer que les phénomènes aéroélastiques peuvent être nuisibles pour les moteurs fusée (présence de modes instables) au même titre que les charges latérales qu'ils peuvent amplifier. Dans cet objectif, deux modèles permettant de prédire la stabilité aéroélastique de divergents flexibles en présence un choc de décollement sont détaillés. Par ailleurs, un outil numérique, reposant sur un couplage faible des codes fluide et structure dont dispose le LMFN-CORIA, est développé pour étudier ce type de problème. Cet outil performant est ensuite validé sur le cas-test classique du "flutter". Une application et une analyse approfondie des modèles de stabilité aéroélastique sont réalisées. Les modèles sont employés pour étudier la stabilité d'un divergent bidimensionnel plan soumis à un choc de décollement. L'influence de plusieurs paramètres sur la stabilité de la structure est évaluée. Les résultats obtenus sont ensuite confrontés aux résultats de simulations numériques couplées. En dernier lieu, les modèles sont utilisés pour étudier la stabilité de la tuyère LEA souple sur laquelle l'ONERA effectue des mesures expérimentales. Enfin, des travaux complémentaires sur l'amorçage rapide d'une tuyère supersonique sont présentés en annexes.

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Shams, Afaque. "Contribution à la simulation numérique des décollements d'écoulements turbulents induits par choc : application à l'écoulement sur-détendu de tuyère supersonique". Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aéronautique, 2010. http://www.theses.fr/2010ESMA0010.

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Les décollements d'écoulements induits par choc et leur éventuel réattachement sur paroi sont observés dans de nombreuses configurations d'intérêt pratique, incluant les entrées d'air, les profils transsoniques ou les tuyères de lanceurs spatiaux. Ces phénomènes mettent en jeu des interactions complexes entre couches limites et ondes de choc ou de détente conduisant à des instationnarités à basse fréquence dont l'origine reste aujourd'hui à élucider. Cette étude vise à proposer une stratégie numérique permettant de prévoir plus précisément ces phénomènes de décollement et à identifier les principaux mécanismes physiques qui pilotent l'évolution de leur structure globale. L'étude porte plus particulièrement sur les configurations de décollements libres ou séparés apparaissant en tuyère optimisée en poussée opérant en régime sur-détendu. La stratégie numérique repose sur la combinaison de schémas d'ordre élevé (WENO 5), d'algorithmes d'intégration implicite en temps et d'une approche Detached Eddy Simulation (DES) incluant des corrections de réalisabilité pour la modélisation de la turbulence. Une large plage de niveaux de sur-détente et des temps longs de simulation sont considérés, à la fois en condition d'entrée stabilisée et transitoire, afin de clarifier les conditions d'existence des différents régimes de décollements libres et restreints, ainsi que l'évolution temporelle de la morphologie globale de l'écoulement transitant entre ces deux régimes. L'évolution instationnaire de l'écoulement est simulée sur des temps suffisamment longs pour permettre une analyse spectrale des contributions des premiers modes azimutaux à la dynamique basse fréquence du champ de pression pariétale
Shock-induced flow separation and its subsequent reattachment are encountered in many configurations, such as supersonic inlets, transonic airfoils or rocket nozzles. These phenomena involve complex interactions of boundary layers with compression or expansion waves and exhibit a low-frequency unsteady behaviour which still requires a clear explanation. This study aims at better identifying the physical mechanisms which drive the global structure of these flows and suggesting improved numerical tools in order to predict these more accurately. The appearance of free and restricted separations in supersonic separated jets occuring in thrust optimized contour nozzles operating in over-expanded conditions is more particularly investigated while various hypothesis are tested to explain the evolution of the associated unsteady asymmetric wall pressure field in function of the nozzle pressure ratio. The numerical strategy proposed relies on a realizable extension of the Detached Eddy Simulation, combined with high order shock capturing schemes and an implicit time integration algorithm. This methodology is applied for a wide range of both constant or transient inflow conditions and leads to identify more accurately the appearance of free and restricted separations and the time-varying morphology of the flow during the transition process. For both flow regimes, the simulations are carried out for long-enough time to perform reliable statistical analysis and azimuthal expansion of the wall pressure field and thus investigate extensively the possible origins of the side-load activities

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Deng, Jing. "Etude numérique des transferts conjugués paroi-fluide d'un écoulement e fluide compressible dans une tuyère". Phd thesis, Université de Technologie de Belfort-Montbeliard, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00720654.

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Ce travail de thèse concerne l'étude des écoulements de fluides gazeux compressibles laminaires subsonique-supersonique dans une tuyère de type convergent-divergent. Les écoulements étudiés sont à nombres de Reynolds modérés et s'affranchissent de l'hypothèse de condition adiabatique de paroi couramment utilisée afin de mieux prendre en compte les phénomènes de transfert de chaleur par convection et rayonnement avec le milieu extérieur. Cette étude des phénomènes de transferts conjugués a permis de déterminer le comportement dynamique simultané du fluide et de la paroi de la tuyère. Enfin, compte tenu des niveaux élevés de températures mis en jeu dans ces systèmes, une analyse concernant le comportement thermomécanique de l'ensemble de la structure de paroi avec des matériaux monocouches et multicouches a été réalisé. De nombreuses configurations géométriques, propriétés physiques et conditions aux limites sur le fluide et la paroi ont été analysées. Les résultats présentés montrent, la structure des écoulements à travers les iso-contours de vitesses, des nombres de Mach, des pressions dans le fluide, des températures dans le fluide et dans la paroi ainsi que les déformations et les contraintes de la paroi qui résultent des couplages thermomécaniques. Une analyse des performances de la tuyère, en termes de force de poussée et de coefficient de débit spécifique, est largement discutée dans ce travail.

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Bekka, Nadir. "Problématique des phénomènes des ondes de choc dans les tuyères supersoniques et leur interaction avec la structure". Electronic Thesis or Diss., Evry-Val d'Essonne, 2014. http://www.theses.fr/2014EVRY0005.

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La problématique des charges latérales dans les tuyères propulsives des moteurs fusées reste un enjeu majeur pour l’industrie aérospatiale. Par ailleurs, le souci d’allègement de la masse d’ensemble du lanceur conduit à concevoir des tuyères de finesse croissante qui à leur tour peuvent poser des problèmes aéroélastiques. En effet, il est bien établi que lors des phases de démarrage et d’extinction des moteurs fusées, la structure interagit avec l’écoulement principal, conduisant ainsi à la génération des effets aéroélastiques qui peuvent amplifier davantage les charges latérales pouvant mettre en péril l’intégrité du propulseur. En considérant cette problématique relevant du domaine multiphysique, le recours aux simulations numériques couplées paraît légitime et indispensable afin d’alléger le plan d’expériences, jugées chères et coûteuses. Cependant, pour des problèmes complexes tels que le calcul couplé pour des tuyères 3D en écoulement turbulent, même avec un déploiement de grands moyens de calcul, le temps nécessaire pour achever ce type de simulation numérique reste exorbitant. Une autre alternative, consiste à modéliser ces effets en utilisant des modèles de stabilité aéroélastiques, relativement simples et permettent de déceler les éventuelles instabilités à moindre coût. Les phénomènes aéroélastiques dans les tuyères fonctionnant en régime de surdétente, sont analysés d’une manière approfondie, à l’aide des modèles de stabilité aéroélastique. Partant du modèle simplifié de Pekkari, de nouveaux modèles de stabilité aéroélastique tenant compte des effets visqueux de l’écoulement ont été proposés. Le couplage entre l’écoulement et la structure est réalisé via la théorie des petites perturbations ou théorie de piston. Il est rendu possible par l’introduction d’un profil de pression plus réaliste en faisant appel à la théorie de l’interaction libre de Chapman pour un écoulement incident uniforme. La formulation ainsi obtenue dont le modèle initial de Pekkari peut être rendu comme un cas particulier, est basée sur le calcul de la longueur d’interaction et en s’appuyant sur la méthode intégrale de Michel pour les couches limites, laminaires ou turbulentes. Des calculs numériques ont été réalisés par un couplage faible entre un code CFD et un code de structure, en utilisant la méthode de transpiration. Cette méthode même limitée aux petits déplacements de la structure (cas linéaire), permet en général la prédiction des instabilités. L’échange de données entre les deux codes, fluide et structure, s’est effectué pour le moment par une simple interface, écrite en Fortran, permettant l’échange dynamique des données. Les résultats issus des différents modèles sont exposés dans un contexte comparatif
The problem of side loads occurring in rocket engine nozzles remains a major issue for the aerospace industry. Furthermore, the desire to reduce the overall mass of the launcher leads to the design of nozzles with increasing fineness, which, in turn, can pose aeroelastic problems. Indeed, it is well established that during the start-up and shutdown phases of a rocket engine, the structure interacts with the main flow, leading to the generation of aeroelastic effects. This interaction can further amplify the lateral loads and even put the integrity of the launcher at risk. Such phenomena can be addressed through a multiphysical approach, such as coupled numerical simulations. However, for complex problems such as coupled computation for 3D nozzles in turbulent flow, even with significant computational resources deployed, the time required to complete this type of numerical simulation remains exorbitant. Another alternative is to model these effects using relatively simple aeroelastic stability models, which allow for the detection of potential instabilities at a lower cost. Aeroelastic phenomena in nozzles operating under an overexpansion regime are thoroughly analyzed using aeroelastic stability models. Derived from the simplified Pekkari model, new aeroelastic stability models taking into account the viscous effects of the flow have been proposed. The coupling between the flow and the structure is achieved via the theory of small perturbations or piston theory. This is made possible by introducing a more realistic pressure profile through the use of Chapman's free interaction theory for uniform incident flow. The resulting formulation, of which the initial Pekkari model can be considered a special case, is based on the calculation of interaction length and relies on Michel's integral method for boundary layers, whether laminar or turbulent. Numerical calculations were performed using a weak coupling between a CFD code and a structural code, employing the transpiration method. This method, even limited to small displacements of the structure (linear case), generally allows for the prediction of instabilities. Data exchange between the two codes, fluid, and structure, was facilitated through a simple interface written in Fortran, allowing for dynamic data exchange. The results from the different models are presented in a comparative

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Rousseau, Frédéric. "Etude des mécanismes de formation des couches d' oxyde Perovskite par procédé plasma basse pression à tuyère supersonique pour l' élaboration de la cathode des piles à combustible SOFC : modélisation et caractérisation expérimentale". Paris 6, 2005. http://www.theses.fr/2005PA066543.

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Khir, Tahar. "Contribution à l'étude du retard à la condensation dans la détente d'une vapeur légèrement surchauffée d'un fluide frigorigène". Paris 12, 1987. http://www.theses.fr/1987PA120003.

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Une etude prealable de la condensation spontanee est developpee en vue de son application au cas d'un ecoulement a travers une tuyere convergente-divergente. L'etude est realisee avec le fluide r 12. L'evolution du desequilibre thermodynamique au sein du fluide sursature est determinee. La ligne de wilson, qui delimite la zone de sursaturation, est localisee par rapport a la courbe de saturation. Le rayon critique des gouttelettes de condensation et leur taux de formation correspondant aux conditions critiques de desequilibre thermodynamique sont calcules. Il est demontre que, du fait du retard a la condensation, le fluide peut etre considere comme etant un gaz parfait pour le calcul du debit critique

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La, Forest Divonne Cyril de. "Interaction d'écoulements supersoniques appliquée aux tuyères à corps central". Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066424.

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Pilinski, Cyril. "Etude numérique du décollement en tuyères supersoniques". Rouen, INSA, 2002. http://www.theses.fr/2002ISAM0010.

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Cette thèse concerne le décollement d'écoulements turbulents, susceptibles de survenir dans les tuyères supersoniques fonctionnant en régime surdétendu. L'étude de ce phénomène, instable, parfois destructeur, est rendue d'autant plus d'actualité par la volonté d'augmenter la puissance des lanceurs et le rapport d'aires de leurs tuyères. Dans une première partie, les modèles de turbulence utilisés ici pour fermer les équations de Navier-Stokes moyennées sont présentés. Ces modèles sont ensuite validés dans le cas de deux écoulements académiques simples, mettant en jeu des qualités nécessaires à la description correcte des écoulements de tuyère en détente (plaque plane, jets coaxiaux). La seconde partie envisage d'abord un écoulement en tuyère plane bidimensionnelle à double col (S8Ch-b) donnant lieu, éventuellement, à un décollement dissymétrique. L'influence de plusieurs paramètres sur cette (dis)symétrie y est analysée (couches limites amont, conditions de sortie. . . ) et le rôle déterminant des conditions initiales et des phénomènes transitoires y est souligné (type d'amorçage choisi. . . ). Un second volet est ensuite consacré au décollement libre dans une tuyère idéale tronquée (LEA-TIC) et montre l'existence, sur une gamme de bas rapports de pressions, d'une recirculation en aval du disque de Mach. Pour les grands rapports de pressions, la taille du culot influence le débit de fluide extérieur aspiré dans le divergent et peut affecter également la position du point de décollement. Dans le dernier volet, les phénomènes d'hystérésis et de transition entre décollement libre et restreint dans une tuyère optimisée (LEA-TOC) sont reproduits. Un phénomène quasi cyclique d'ouverture-fermeture de la zone de recirculation caractéristique du décollement restreint est enfin décrit. Il induit une grande excursion de la ligne de décollement ainsi que des variations temporelles de pression localement très importantes, représentant un danger potentiel pour la structure du divergent.

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Nguyen, Anh Thi. "Décollement instationnaire et charges latérales dans les tuyères propulsives". Poitiers, 2003. http://www.theses.fr/2003POIT2262.

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Zebiri, Boubakr. "Étude numérique des interactions onde de choc / couche limite dans les tuyères propulsives Shock-induced flow separation in an overexpanded supersonic planar nozzle A parallel high-order compressible flows solver with domain decomposition method in the generalized curvilinear coordinates system Analysis of shock-wave unsteadiness in conical supersonic nozzles". Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMIR06.

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La nécessité d’une meilleure compréhension du mécanisme d’entrainement pour l’instabilité à basse fréquence observée dans un écoulement dans une tuyère sur-détendue a été discutée. Le caractère instable de l’onde de choc/couche limite reste un défi pratique important pour les problèmes des écoulements dans les tuyères. De plus, pour une couche limite turbulente incidente donnée, ce type d’écoulement présente généralement des mouvements de choc à basse fréquence plus élevées qui sont moins couplés aux échelles de temps de la turbulence en amont. Cela peut être bon du point de vue d’un expérimentateur, en raison de difficultés à mesurer des fréquences plus élevées, mais c’est plus difficile d’un point de vue calcul numérique en raison de la nécessité d’obtenir des séries temporelles plus longues pour résoudre les mouvements à basse fréquence. En excellent accord avec les résultats expérimentaux, une série de calcul LES de très longue durée a été réalisée, il a été clairement démontré l’existence de mouvements énergétiques à basse fréquence et à large bande près du point de séparation. Des efforts particuliers ont été faits pour éviter tout forçage à basse fréquence en amont, et il a été explicitement démontré que les oscillations de choc à basse fréquence observées n’étaient pas liées à la génération de turbulence d’entrée, excluant la possibilité d’un artefact numérique. Différentes méthodes d’analyse spectrales, et en décomposition en mode dynamique ont été utilisées pour montrer que les échelles de temps impliquées dans un tel mécanisme sont environ deux ordres de grandeur plus grandes que les échelles de temps impliquées dans la turbulence de la couche limite, ce qui est cohérent avec les mouvements de basse fréquence observés. En outre, ces échelles de temps se sont avérées être fortement modulées par la quantité de flux inversé à l’intérieur de la bulle de séparation. Ce scénario peut, en principe, expliquer à la fois l’instabilité des basses fréquences et sa nature à large bande
The need for a better understanding of the driving mechanism for the observed low-frequency unsteadiness in an over-expanded nozzle flows was discussed. The unsteady character of the shock wave/boundary layer remains an important practical challenge for the nozzle ﬂow problems. Additionally, for a given incoming turbulent boundary layer, this kind of ﬂow usually exhibits higher low-frequency shock motions which are less coupled from the timescales of the incoming turbulence. This may be good from an experimenter’s point of view, because of the difficulties in measuring higher frequencies, but it is more challenging from a computational point of view due to the need to obtain long time series to resolve low-frequency movements. In excellent agreement with the experimental findings, a very-long LES simulation run was carried out to demonstrate the existence of energetic broadband low-frequency motions near the separation point. Particular eﬀorts were done in order to avoid any upstream low-frequency forcing, and it was explicitly demonstrated that the observed low-frequency shock oscillations were not connected with the inﬂow turbulence generation, ruling out the possibility of a numerical artefact. Different methods of spectral analysis and dynamic mode decomposition have been used to show that the timescales involved in such a mechanism are about two orders of magnitude larger than the time scales involved in the turbulence of the boundary layer, which is consistent with the observed low-frequency motions. Furthermore, those timescales were shown to be strongly modulated by the amount of reversed ﬂow inside the separation bubble. This scenario can, in principle, explain both the low-frequency unsteadiness and its broadband nature

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Génin, Chloé. "Experimental study of flow behaviour and thermal loads in dual bell nozzles". Valenciennes, 2010. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/315120cf-ee52-488e-94c9-b4901191c383.

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Les besoins toujours croissants de l’industrie aérospatiale imposent l’optimisation de tous les sous systèmes du lanceur. Les tuyères sont actuellement le sous-système présentant les possibilités d’optimisation les plus prometteuses. Les tuyères dual bell permettent une adaptation à l’altitude par une simple inflexion du contour. L’écoulement, est forcé à décoller de façon stable et symétrique à l’inflexion, générant ainsi une poussée optimisée à basse altitude. Au cours du vol, lorsque la pression atmosphérique chute sous une certaine valeur, l’écoulement attache soudainement dans toute la tuyère, permettant une détente plus importante pour une poussée plus élevée. Ce nouveau concept de tuyères demande à être compris en détail avant son application éventuelle au moteur principal d’un lanceur. L’étude présentée dans ce document a été réalisée au DLR (centre aérospatial Allemand) de Lampoldshausen dans le cadre d’un travail de thèse. Il s’agit d’une étude fondamentale visant à comprendre le comportement de l’écoulement dans une tuyère dual bell, afin de mettre en évidence les paramètres d’influence. Une série de tests en gaz froid a été réalisée sur différentes géométries de tuyères. Des mesures de pression et une observation de l’écoulement, à l’aide d’une optique de schlieren a permis de conclure sur l’influence de la géométrie sur la transition et sa stabilité face aux variations de pressions et sur le déroulement de la transition d’un mode de fonctionnement à l’autre. Une série de tests en gaz chaud a permis de réaliser des relevés de températures et pression afin d’étudier les charges thermiques dans la paroi au voisinage de l’inflexion
The increasing needs of the aerospatial industry impose the optimisation of every subsystems of the launcher. Nozzles are currently the sub-system presenting the most promising possibilities. The dual bell nozzles allow the altitude adaptation of the flow through a simple contour inflection. The inflexion forces the flow to a stable and symmetrical separation, generating an optimised thrust for sea level operation. During the flight, when the ambient pressure decreases under a certain value, the flow suddenly attaches the nozzles wall down to the nozzles end, generating a higher expansion for higher performance. Before its possible application to a launcher main engine, this new nozzle concept must be fully understood. The study presented in this document was made at the DLR (German Aerospace Center) in Lampoldshaussen as part of a PhD. This fundamental study has for pbjective the understanding of the flow behaviour in a dual bell nozzle, in order to define the various parameters of influence. A cold flow test series has been conducted on various nozzle geometries. Pessure measurements have been made and the flow has been observed with schlieren optics in order to determine the influence of the geometry on the transition point, the transition duration and its stability toward pressure variations and the evolution of the flow from one operating mode to the other. Temperature and pressure measurements were also made during a test series under warm gas conditions to investigate the thermal load in the vicinity of the wall inflection

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Mouronval, Anne-Sophie. "Etude numérique des phénomènes aéroélastiques en aérodynamique supersonique. Application aux tuyères propulsives". Rouen, INSA, 2004. http://www.theses.fr/2004ISAM0002.

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Bourgoing, Alexis. "Instationnarité et dissymétrie d'un écoulement supersonique décollé dans une tuyère plane /". [Châtillon] : ONERA, 2002. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb38884350v.

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Makhsud, Abdul. "Etude expérimentale de l'instabilité et de l'émission acoustique de jets supersoniques sous-détendus : simulation en analogie hydraulique". Aix-Marseille 2, 1996. http://www.theses.fr/1996AIX22042.

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L'analogie existant entre la propagation des vaguelettes a la surface libre d'un liquide pesant avec la propagation des ondes acoustiques dans un gaz compressible est utilisee pour etudier les phenomenes aeroacoustiques de jets supersoniques sous-detendus. En particulier, on mesure les fluctuations de niveau d'eau correspondant a un facteur pres aux fluctuations de pression du gaz. Cette mesure se fait avec une methode optique non-intrusive, ce qui permet de determiner le champ de pression acoustique sans perturber l'ecoulement. On s'interesse au bruit de hurlement, lie a l'existence de cellules de choc des jets fonctionnant en regime non-adapte. Si l'existence de ces cellules est une condition necessaire a l'apparition de ce bruit, elle n'est pas suffisante. L'etude a montre que l'intensite de hurlement est etroitement liee a un gradient de pression local situe a l'amont de la fin de la deuxieme cellule. On montre que la frequence de hurlement est liee a des ondes acoustiques se propageant vers l'aval a l'interieur de la couche de cisaillement et vers l'amont dans le milieu ambiant. Cela apparait contraire aux theories existantes qui considerent qu'une partie du cycle est constituee par des ondes d'instabilite et non par une onde acoustique

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Piquet, Arthur. "Analyse physique et simulation numérique des phénomènes de décollement de jet dans les tuyères supersoniques". Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMIR09/document.

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Cette thèse, initiée par un programme de coopération franco-britannique entre la DGA et la DSTL, est consacrée à l’étude des phénomènes de décollement de jet au sein des tuyères propulsives sur-détendu. L’aérothermodynamique des systèmes propulsifs (missile, avion supersonique ou lanceur) est un des domaines de la mécanique des fluides où des progrès décisifs restent à réaliser pour améliorer les performances des ensembles moteurs, en terme de bilan de poussée, de stabilité, de fiabilité et de réduction de nuisances (bruit, émission de polluants, etc.). Les conditions de vols et la complexité des phénomènes caractéristiques n’étant pas reproductibles sur bancs d’essais à l’aide des outils expérimentaux actuelles, l’utilisation de simulation numérique permettrait une étude approfondie et précise des phénomènes mis en jeu. Le besoin d’informations concernant l’instationnarité de l’écoulement s’affirmant de plus en plus, notamment sur les phénomènes basse fréquence dû aux décollements de jets, l’utilisation des simulations numériques aux grandes échelles (LES) permettrait de faire face au coût prohibitif des simulations directes (DNS). Les tuyères sur-détendu souffrent de charges latérales, caractérisées par des forces instationnaires orthogonales à la direction de l’écoulement. Ils sont causés par le décollement de la couche limite se développant le long de la paroi, provoquant des excursions de chocs importants, parfois asymétrique. Ces phénomènes instationnaires ont déjà été observés expérimentalement et numériquement. Ces instationnarités émergent d’une combinaison de phénomène complexe, tels que les interactions choc/couche limite sur la paroi de la tuyère, les couches de mélange décollées ou les zones de recirculation en aval du décollement, toutes produisant des modes énergétiques à différente fréquence caractéristique et tout particulièrement dans la plage de basse fréquence. Capturer le phénomène de décollement est un véritable défi dû à la nécessité de résoudre plusieurs échelles spatiales et temporelles. L’utilisation des simulations directes (DNS) ou résolu proche paroi (WR-LES) devient difficile compte tenu des ressources en calcul numérique actuelles. Pour parer ce problème, l’utilisation d’une stratégie de modélisation proche paroi est nécessaire. Le modèle de paroi développé par Kawai & Larsson (2013) est intégré à la simulation LES, combiné au modèle de viscosité de Duprat et al. (2011) afin de tenir compte des gradients de pression rencontré tout au long de la tuyère. Le développement d’un code curviligne a également permis de réduire le coût de calcul des simulations cylindriques en utilisant un maillage raffiné proche paroi. Les résultats obtenus à partir des simulations modélisés (WM-LES) permettent de bien mettre en évidence les phénomènes d’instationnarité menant au problème de charge latérale. Le coût de calcul étant réduit de 40 fois comparé à une simulation résolu proche paroi WR-LES, la production d’une base de donnée basse fréquence devient possible. La comparaison des calculs modélisés aux calculs résolus et aux données expérimentales confirme la bonne implémentation du modèle pour des simulations LES de tuyère propulsive. La caractérisation des différents phénomènes est faite à l’aide d’analyses spectrales effectuées sur la base de donnée permettant de mettre en avant le phénomène basse fréquence rencontré dans les tuyères sur-détendu
The present thesis, sponsored by a Franco-British cooperation program between the DGA and the DSTL, is devoted to the study of separation phenomenon in over-expanded nozzle. The aerothermodynamic of propulsion systems (missile, supersonic aircraft or launcher) is one the fields of fluid mechanics where important progress remains to be made in order to improve the performance of the engine, in terms of thrust, stability, reliability and pollutant (noise reduction, pollutant emissions, etc.). Since the flight conditions and the complexity of the characteristic phenomena are not reproducible on experimental benches, the use of numerical simulation would allow a thorough and precise study of the phenomena involved. The instationnarity observed in the separation of the boundary layer is becoming a main concern nowadays, especially the low-frequency phenomenon observed in some experiments, the use of large scale simulations (LES) would fit perfectly the computational power allocated on supercomputer compared to the prohibitive cost of direct simulations (DNS). Over-expanded nozzles are known to suffer from side loads, characterized by undesired unsteady forces orthogonal to the flow direction. They are caused by boundary-layer separation that causes significant and asymmetrical shock excursions within the nozzle. These phenomena have been studied experimentally and numerically. They emerge from a combination of complex unsteady flow phenomena, not yet fully understood, such as shock/boundary-layer interactions at the nozzle walls, detached mixing layers, and large regions of recirculating flow, all producing energetic motions at frequencies one or two orders of magnitudes lower than the characteristic frequency of the incoming turbulence. Capturing the phenomenon is a real challenge due to the need to resolve at least four decades of time scales, from the energetic scales of the incoming turbulence. This makes both direct (DNS) and wall-resolved large-eddy simulations (WR-LES) rather impractical. Instead, a wall-modelled LES (WM-LES) strategy is employed here, following the approach of Kawai & Larsson (2013) together with the eddy-viscosity modification of Duprat et al. (2011) so as to account for pressure gradients. The WM-LES is found to accurately reproduce the flow topology, as well as the spectral content obtained by a reference WR-LES. The development of a curvilinear code has allowed us to decrease the cost of computation of the simulations by using a stretched mesh close to the wall. The results obtained from the wall-modeled simulations (WM-LES) allowed us to capture and study the phenomena of instationnarity leading to the problem of side-loads. The WM-LES being about 40 times cheaper, the low-frequency motions may be statistically converged, enabling the study of the very low frequencies. The comparison of the modeled simulations with the resolved simulations and the experimental data confirms the good implementation of the model for LES computations of over-expanded nozzle flow. The characterization of the different phenomena is done through spectral analyses, carried out on the LES database allowing the highlight of the low-frequency phenomenon encountered in the over-expanded nozzle flow

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Leroux, Alain. "Modélisation d'écoulements supersoniques hors-équilibre chimique et thermique". Rouen, 1997. http://www.theses.fr/1997ROUES064.

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Cette thèse concerne l'étude des écoulements supersoniques hors-équilibre chimique et vibrationnel. Le gaz étudié est l'air constitué de cinq espèces ( N2, O2, NO, N et O) et les trois types de molécules sont en déséquilibre vibrationnel. On s'intéresse plus particulièrement à la modélisation du déséquilibre. Dans cette optique, différents modèles de cinétique chimique sont testés. Dans le cas du déséquilibre thermique, notre intérêt s'est porté sur l'étude des temps de relaxation des collisions translation-vibration dans les équations de conservation des énergies de vibration. Après la présentation des équations de Navier-Stokes qui régissent ce genre d'écoulements, on présente les différents modèles de déséquilibre chimique et thermique. La deuxième partie de la thèse présente la méthode numérique utilisée pour résoudre les équations de conservation. Basée sur le principe des volumes finis, un schéma TVD non-MUSCL d'ordre deux en espace et en temps est utilisé pour le traitement des flux eulériens, les flux visqueux étant traités de manière centrée. Différents cas tests sont ensuite étudiés pour valider cette méthode. Les résultats constituent la troisième partie de ce mémoire. On présente d'abord la configuration expérimentale qui a inspiré ce travail de thèse. Après cela, on s'intéresse à l'effet des modèles de déséquilibre sur l'écoulement dans une tuyère supersonique galbée et dans le jet issu de cette tuyère.

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Meister, Lionel. "Contribution à l'étude numérique de l'interaction choc / couche limite dans des écoulements hyper-enthalpiques". Aix-Marseille 1, 2004. http://www.theses.fr/2004AIX11052.

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Ces travaux portent sur l'étude numérique de l'interaction choc/couche limite, dans le domaine des écoulements de fluides compressibles et à grande enthalpie. Le code utilisé pour les simulations est CARBUR, développé au sein de l'équipe. Nous présentons dans une première partie l'implémentation de diverses conditions limites et modèles de turbulence (Baldwin-Lomax et Spalart-Allmaras) ainsi qu'un solveur de flux (AUSM). Chacune de ces implémentations est validée dans une deuxième partie. Enfin, nous présentons des simulations concernant la LEO, une tuyère d'éjection surdétendue du bloc moteur Vulcain d'Ariane. La LEO est fortement dégradée thermiquement en vol mais ce phénomène restait incompris. Par l'étude de l'influence de la température pariétale sur la position du point de décollement, de la réactivité des gaz éjectés et de la vitesse de la tuyère dans l'air ambiant (prise en compte du décollage), nos simulations apportent une explication de la dégradation de la LEO.

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Maarouf, Nabegh. "Modélisation des phénomènes dissymétriques dans le divergent des tuyères supersoniques propulsives : application à la vectorisation de la poussée". Thesis, Evry-Val d'Essonne, 2008. http://www.theses.fr/2008EVRY0024/document.

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L'application de l'injection fluidique dans le divergent d’une tuyère axisymétrique supersonique pour dévier le vecteur poussée est une alternative attrayante aux systèmes classiques, puisqu’elle peut se substituer aux dispositifs mécaniques. Un tel concept de vectorisation est actuellement en cours d'application sur de récents avions de combat équipés de tuyères planes. La vectorisation fluidique peut trouver également son application dans les systèmes de contrôle d’altitude de satellites ; ce principe peut réduire le nombre de tuyères habituellement utilisées. L’un des objectifs principaux de ce travail consiste à analyser et étudier les différents phénomènes mis en jeu lors de l'injection d'un fluide secondaire dans le divergent de la tuyère. Partant de cette étude, un modèle analytique, basé sur le calcul d'un bilan complet de tous les efforts exercés sur les parois de la tuyère a été construit. Ce modèle permet de donner une estimation rapide de la déviation du vecteur-poussée. L'influence de certains paramètres sur cette déviation a été également abordée. Des calculs numériques ont été réalisés par la suite afin de valider ce modèle. Les résultats obtenus par notre modèle ont été par ailleurs comparés avec les données expérimentales disponibles dans la littérature
Fluid injection application in the divergent of a supersonic axisymmetrical nozzle is an attractive way to produce vectored thrust since it can remove the need for complex mechanical devices. Such concept of thrust vectoring is currently applied for some recent jet-fighters with planar nozzles. However, fluidic thrust-vectoring may be interesting for satellite attitude control system; thrust-vectoring may reduce the number of nozzles usually used. One of the aims of this work is to analyse and study the numerous parameters concerned by the fluid secondary injection in the divergent nozzle. From this study, an analytical model, based on calculation of all efforts applied on the nozzle walls, is constructed. This model makes it possible to give a fast estimation of the thrust-vectoring. The effect of many parameters on the thrust vectoring was also studied. Extensive numerical calculations have been carried out thereafter to validate this model. The results obtained by our model were also compared to some existing experimental data which give a significant confidence of the model

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Georges-Picot, Alexandre. "Développement de modèles physiques et numériques pour la simulation aux grandes échelles des écoulements dans les tuyères supersoniques". Thesis, Rouen, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAM0024.

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Ces travaux, initiés par le CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) dans le cadre du programme de recherche ATAC (Aérodynamique Tuyères et Arrières-Corps), sont principalement consacrés au développement et à la validation de modèles numériques et physiques, pour la prédiction des charges latérales dans les moteurs-fusées. En effet, les systèmes propulsifs mettent en jeu des phénomènes physiques très complexes : mélange turbulent, compressibilité forte (interaction choc/turbulence, couplage de modes vorticité/entropie/acoustique), structures cohérentes et organisations tourbillonnaires dans le cas tridimensionnel, décollements massifs et instabilités à grande échelle. L’analyse de ces phénomènes nécessite le recourt à des modélisations de plus en plus fines basées sur des simulations numériques avancées. Pour faire face au coût prohibitif des simulations directes (ou simulations LES résolues) des couches limites, un nouveau modèle de paroi a été développé, en se basant sur les propriétés d’auto similarité des couches limites compressibles en tuyères supersoniques, et en utilisant des lois de renormalisation dérivées à partir d’une base de données tabulée. Ce modèle permet de prendre en compte la dynamique de l’écoulement tout en réduisant considérablement le nombre de points de calcul et le pas de temps requis pour les simulations LES. Les résultats de calcul mettent en évidence de nombreuses interactions complexes au sein de l’écoulement. En particulier, les interactions amont/aval (supersonique/subsonique),influençant fortement le décollement et la structure de chocs, à l’origine de l’apparition de pics énergétiques associés à des perturbations acoustiques conduisent à l’apparition,par rétroaction, de phénomènes d’instabilités convectives, couplées à des modes globaux dissymétriques en dynamique absolue. Ces phénomènes auto-entretenus sont synonymes d’efforts latéraux et sont représentatifs des expériences menées en laboratoire et sur bancs d’essai moteurs-fusées. En terme d’optimisation des calculs massivement parallèles, une méthode originale, appelée « Drop-Procs », a été développée dans le cadre des frontières immergées. Cette méthode, adaptée aux architectures de calculs intensifs Tier-0, permet une réduction notable du temps CPU (Central Processing Unit), allant jusqu’à 50%, et rendant ainsi ce type de simulations plus accessible à l’échelle industrielle
This work, initiated by the CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) in the ATAC research program (Aérodynamique Tuyères et Arrières-Corps), is devoted to the development and the validation of numerical and physical models for the prediction of side-loads in rocket engines. Indeed, propulsion systems involve complex physical phenomena : turbulent mixing, high compressibility (interaction shock / turbulence, coupling modes vorticity / entropy / acoustic), coherent structure, three-dimensional vortex organizations, massive detachment and large scale instabilities. The analysis of these phenomena requires the uses of advanced numerical simulations. To deal with the high cost of large-eddy simulations boundary layers, a new wall model, based on renormalization laws and a database, was developed. This model allows to take into account the dynamics of the flow while significantly reducing the number of calculation points and the time step required for LES simulations. Results show many complex interactions with in the flow. In particular, the upstream / downstream interactions (supersonic / subsonic), strongly influence the separation and the shock structure, causing the occurrence of energy peaks associated with acoustic disturbances and leading to the appearance of convective instability, coupled with global asymmetric modes. These self-sustained phenomena are synonymous of side-loads and are representative of laboratory experiments and rocket engine test benches. In terms of optimization of massively parallel computing, a new method, called "Drop-Procs", was developed as part of the immersed boundaries. This method is suitable for compute-intensive architectures Tier-0 and allows a significant reduction in CPU time (Central Processing Unit) consumption, up to 50%, making this type of simulation accessible for industrials

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Dieudonné, Walter. "Modélisation turbulente anisotrope en écoulements compressibles et application aux tuyères à arrière-corps". Poitiers, 2000. http://www.theses.fr/2000POIT2305.

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Un vif interet aux tuyeres lineaires a arriere-corps a refait surface pour le remplacement des tuyeres classiques en forme utilisees pour la propulsion des vehicules spatiaux. Bien qu'un ecoulement plus complexe soit genere par les tuyeres a arriere-corps, les gains en efficacite et en resistance structurelle sont attrayants grace a l'adaptation libre des jets propulsifs aux conditions ambiantes. La prediction numerique d'ecoulements complexes a haute vitesse en mecanique des fluides implique en regle generale la modelisation de la turbulence. Dans ce travail de these, une recherche approfondie est proposee sur de recentes avancees de la modelisation de la turbulence tenant compte de la nature anisotrope des contraintes de reynolds. Des methodes numeriques efficaces ont ete developpees et sont utilisees pour la simulation d'ecoulements de complexite croissante. L'etude d'ecoulements sur des cas de plaque plane, couche de cisaillement, canal et tuyere a arriere-corps est realisee pour des configurations bidimensionnelles, axisymetriques et tridimensionnelles. Quoique tres prometteurs et dans certains cas bien adaptes, les recents modeles non lineaires anisotropes souffrent des memes restrictions que les modeles plus standards a cause des hypotheses de base faites dans l'etablissement des equations de navier-stokes moyennees.

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Lê, Thi-Hong-Hieu. "Etude expérimentale du couplage entre l'écoulement transsonique d’arrière-corps et les charges latérales dans les tuyères propulsives". Poitiers, 2005. http://www.theses.fr/2005POIT2278.

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Cette étude est consacrée à l’amélioration des connaissances sur les phénomènes d’instabilité aérodynamique dans la région du culot des lanceurs spatiaux. Des mesures ont été effectuées sur une maquette d’arrière-corps de révolution simplifiée dans une soufflerie en veine libre. Le décollement massif au culot, associé à des instationnarités particulièrement intense en régime transsonique, constitue une source de charges latérales sur la paroi externe de la tuyère. Le rapport, l/D, entre la longueur d’émergence l de la tuyère et le diamètre D du culot, est un paramètre essentiel déterminant la structure de l’écoulement d’arrière-corps et notamment la possibilité pour l’écoulement de recoller sur le divergent de la tuyère. Pour une émergence assez courte ( l/D<1), le phénomène dominant caractérisé par un nombre de Strouhal proche de 0. 2 est associé à un mode antisymétrique. On discute l’influence de l/D, du nombre de mach, et du taux de détente sur les distributions de pression pariétale sur les parois externe et interne de la tuyère. Des mesures directes des charges latérales ont été réalisées sur deux tuyères aux profils comparables dites “TIC” et “Dual-Bell” à l/D=0. 65 au moyen d’une balance à jauges spécialement conçue. Les efforts latéraux d’origine aérodynamique sont obtenus après correction des effets d’inertie. Les charges latérales ont été mesurés dans le cas de l’écoulement externe seul, dans le cas de l’écoulement dans la tuyère seul et pour la combinaison de ces deux écoulements à fin de déterminer les principales contributions et les couplages possibles
This study is dedicated to the improvement of knowledge of the aerodynamic instabilities in the base region of space launchers. Measurements have been carried out on a simplified axisymmetric afterbody model in an open section wind tunnel. The massive base flow separation, associated with the strong unsteadiness in the transonic flow regime, is a source of side loads on the external wall of the nozzle. The ratio l/D_, between the emergent length l of the nozzle and the diameter D of the base, is the main parameter determining the structure of the afterbody flow and especially the possibility for the flow to reattach on the external nozzle wall. For a short emergent length (l/D<1) the dominant phenomena characterised by a Strouhal number about 0. 2 is associated with an antisymmetrical mode. We discuss the influence of the ratio l/D_, the Mach number and the nozzle pressure ratio on the wall pressure distribution on the external and internal walls of the nozzle. Direct measurements of side loads are performed on two nozzles with comparable contours called “TIC” and “Dual-Bell” at l/D=0. 65 by means of a specially designed strain-gage balance. Aerodynamic forces are obtained after correction of the inertia effects. The side loads are measured in the case of the base flow alone, the case of the nozzle flow alone and finally for the combination of these two flows in order to determine the main contribution and the possible interactions

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Chauvet, Nicolas. "Simulation Numérique et Analyse Physique d'un Jet Propulsif Contrôlé par des Injections Radiales". Phd thesis, Université de Poitiers, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00218268.

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A cause de sa température élevée, le jet propulsif d'un avion de combat est une source de rayonnement infrarouge qui rend l'appareil très vulnérable. Ce rayonnement peut toutefois être réduit en accélérant le mélange du jet avec l'atmosphère.
Cette thèse est consacrée à la simulation numérique d'un jet propulsif réaliste contrôlé par des injections radiales et à l'analyse physique des mécanismes d'augmentation de son mélange.
Deux types de simulations, RANS et ZDES, ont été réalisés sur la base du modèle de Spalart-Allmaras. Dans le modèle ZDES, une nouvelle longueur caractéristique de maille est formulée et améliore sensiblement la prévision de la région initiale du jet. Globalement, les simulations ZDES restituent fidèlement le champ moyen du jet supersonique sans et avec contrôle, aussi bien les cellules de détente/compression que la diffusion turbulente.
L'analyse physique est dédiée à la compréhension d'une part des mécanismes compressibles concentrées au coeur du jet et d'autre part des mécanismes tourbillonnaires périphériques ainsi qu'à l'évaluation de leurs rôles respectifs dans l'augmentation du mélange. Il en ressort que l'augmentation du mélange est exclusivement due aux mécanismes tourbillonnaires. Une étude paramétrique fournit des indications pour concevoir un mélangeur efficace. L'analyse des tourbillons focalisée sur le régime lointain quasi-bidimensionnel souligne leur dynamique moyenne et fait apparaître l'action des fluctuations turbulentes sur leur taux de dégénérescence. Enfin, deux régimes de contrôle sont identifiés et associés aux pénétrations respectivement quasi-stationnaire et intermittente des jets secondaires.

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Hadjadj, Abdellah. "Analyse physique et simulation numérique des écoulements compressibles ; application aux tuyères de propulseurs". Phd thesis, Université de Rouen, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011622.

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Cette thèse étudie essentiellement des phénomènes touchant au domaine aéronautique et spatial. Elle traite l'examen par simulations numériques des écoulements dans les tuyères de moteur fusée, les écoulements d'arrière-corps, et les écoulements dans les entrées d'air supersoniques. La motivation principale de ce travail a été de comprendre les différents facteurs qui gouvernent ces écoulements. Le mémoire est organisé en huit chapitres et aborde successivement les modèles mathématiques, leur intégration numérique et l'exploitation des résultats obtenus dans un but de compréhension des phénomènes physiques rencontrés dans des configurations d'écoulements pratiques. Faisant suite au chapitre 1, introductif au contenu de la thèse, le chapitre 2 est consacré au développement des modèles physiques et mathématiques. Le chapitre 3 décrit la méthode numérique utilisée. Le chapitre 4 traite le problème délicat des conditions aux limites. Le chapitre 5, quant à lui, étudie le décollement de jets dans les tuyères de moteurs fusées. L'attention est portée sur les phénomènes apparaissant à l'intérieur de la tuyère (position du point de décollement, développement des structures tourbillonnaires à l'amorçage de la tuyère, apparition du phénomène de réflexion de Mach). Le chapitre 6 est consacré à l'étude détaillée des écoulements d'arrière-corps. Le chapitre 7 concerne les interactions de chocs, en particulier les transitions possibles entre réflexion régulière et réflexion de Mach. Le document se termine par une conclusion générale qui fait l'objet du chapitre 8 et reprend les objectifs du travail et les principaux résultats obtenus.

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Raletz, François. "Contribution au développement d'un procédé de projection dynamique à froid (P. D. F. ) pour la réalisation de dépôts de nickel". Limoges, 2005. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/e369083a-8453-4a2d-bb2d-08ac15a75238/blobholder:0/2005LIMO0024.pdf.

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Ce travail de recherche présente une étude de la formation de dépôts de nickel réalisés par projection dynamique à froid (P. D. F. Ou Cold Spray). Il s'agit d'un procédé où les particules métalliques à projeter sont introduites dans un écoulement gazeux supersonique. Au-delà d'une vitesse spécifique à chaque matériau, appelée vitesse critique, les particules peuvent adhérer sur le substrat. Les résultats de cette étude montrent que le rendement pondéral de dépôt est uniquement conditionné par la proportion de particules capables de dépasser la vitesse critique. L'augmentation de la vitesse moyenne des particules (par accroissement de la température du gaz propulseur, de sa température ou l'utilisation d'hélium en remplacement de l'azote) accroît donc le rendement. Les vitesses de particules ont été calculées par deux méthodes (application de la théorie isentropique unidimensionnelle et modélisation 2D). Le comparatif avec les vitesses mesurées montre que la précision de ces modèles est très satisfaisante. Deux techniques de détermination de la vitesse critiques, dont les résultats sont cohérents par rapport aux valeurs trouvées dans la littérature, ont été développées. Contrairement au rendement de dépôt, la compacité et la dureté des revêtements ne sont pas liées à la vitesse des particules. La modification du système de projection, par adjonction d'un système de chauffage des particules, permet d'améliorer légèrement le rendement de dépôt. L'utilisation d'une tuyère possédant une géométrie appropriée peut également améliorer significativement ce dernier
This Ph. D. Work deals with the study of the formation of cold sprayed nickel coatings. In this process, powder grains are introduced in a supersonic gas stream. For each material, beyond a specific velocity called the critical velocity, particles start to bind onto the substrate. The results of this study show that, for a powder batch, the deposition efficiency is only linked to the rate of particles that can exceed the critical velocity. An increase of the particles mean velocity (obtained by an increase of the propellant gas temperature, pressure or by the use of helium) raises the deposition efficiency. The particle velocity has been calculated with two methods (the one-dimensional isentropic theory and a 2D model). Comparison of the results with measured velocity shows that the mathematical models are consistent and accurate. Two techniques for the critical velocity determination have been developed. Values obtain with them appear to be consistent with those found in the literature. Contrary to deposition efficiency, the porosity level and hardness of the coatings are not linked to the impact velocity. The addition of a particle heater to the spraying system allows to increase slightly the deposition efficiency. Using a well adapted nozzle design can also improve it significantly

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Guiho, Florian. "Analyse de stabilité linéaire globale d'écoulements compressibles : application aux interactions onde de choc / couche limite". Thesis, Paris, ENSAM, 2015. http://www.theses.fr/2015ENAM0003/document.

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Cette thèse a pour objectif d'améliorer la compréhension de la dynamique d'une interaction entre une onde de choc droite ou oblique et une couche limite laminaire ou turbulente. En particulier, nous nous sommes intéressés aux mécanismes responsables de l'apparition d'oscillations auto-entretenues basses fréquences. Ce phénomène survient dans de nombreux cas applicatifs comme dans des entrées d'air d'avions supersoniques, autour d'un profil d'aile en régime transsonique et au sein de tuyère en régime de sur-détente. La première partie de ce mémoire traite des différentes études réalisées pour déterminer la phénoménologie de ce type de dynamique. Dans un deuxième temps, nous expliquons la stratégie retenue pour effectuer notre étude qui consiste à développer un outil d'étude des instabilités, adapté à des écoulements turbulents présentant une interaction entre une onde de choc et une couche limite. Le développement d'un outil CFD linéarisé couplé à une méthode de résolution d'un problème aux valeurs propres par une approche dite sans matrice ou de « time-stepping », a permis la réalisation d'une telle étude. Après une étape de validation de notre outil, nous avons étudié des cas d'écoulements présentant une interaction entre une onde de choc et une couche limite. Trois cas en particulier ont été traités. Le premier cas correspond à une interaction entre une onde de choc oblique impactant une couche limite laminaire se développant sur une plaque plane. Ce cas est généralement qualifié dans la littérature de cas de « réflexion de choc ». Nous montrons qu'un tel écoulement est globalement stable et que sa dynamique peut être caractérisée par des mécanismes de réceptivité et par la réponse de l'écoulement vis-à-vis de perturbations extérieures. Les deux autres cas abordés dans ce travail ont été le cas d'un écoulement transsonique autour d'un profil d'aile de type NACA0012 en régime d'entrée en tremblement aérodynamique et un cas de tuyère transsonique plane de type Sajben en régime de sur-détente. Dans le premier cas, l'analyse de stabilité nous permet de mettre en évidence le phénomène de « buffet » sur le profil NACA0012, ce qui montre que le phénomène est lié à une instabilité globale linéaire . Dans le second cas, l'analyse de stabilité ne permet pas d'expliquer le phénomène auto-entretenues basses fréquences, et montre que l'écoulement est linéairement globalement stable. Dans ce cas, la dynamique est convective, transitoire et pilotée par des mécanismes de réceptivité
The general purpose of this study is to provide a better understanding of the dynamics of an interaction between a shock wave and a laminar or turbulent boundary layer. In particular, we were interested in mechanisms responsible for the emergence of low-frequency self-sustained oscillations. This phenomenon arises in numerous industrial cases as in air inlets of supersonic aircrafts, around a profile of wing in transonic regime and within over-extended nozzle. The first part of this report handles various studies carried out to determine the phenomenology of this kind of dynamics. Secondly, we explain the strategy adopted to make our study which consists in developing a tool of study of the instabilities adapted to turbulent flows including an interaction between a shock wave and a boundary layer. The development of a linearized CFD tool coupled with a method of resolution of a eigenvalue problem by a free-matrix approach ( " time-stepping " approach), allowed the realization of such a study. After a stage of validation of our tool, we studied cases of flows including an interaction between a shock wave and a boundary layer. Three cases in particular were handled. The first case corresponds to an interaction enter an oblique shock wave impacting on a laminar boundary layer developing on a flat plate. This case is generally qualified in the literature of case as " reflected shock wave". We show that such a flow is globally stable and that the dynamics of such a flow behaves as a selective noise amplifier, the dynamic is mainly driven by receptivity mechanisms and by the response of upstream white nose disturbance. Two other cases have been studied on this work, the case of a transonic flow around a profile wing of NACA0012 type around the onset of buffet phenomenon and the case of transonic nozzle of Sajben type on over-extended regime. In the first case, the global stability analysis allows us to highlight the buffet phenomenon of on the profile NACA0012, what shows that the phenomenon is linked to a linear global instability. In the second case, the analysis of stability does not allow to explain the self-sustained low frequencies phenomenon, and shows that the flow is linearly globally stable. In this case, the dynamics is convective, passing and piloted by receptivity mechanisms

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Lima, de Assunção Thiago. "Experimental study of underexpanded round jets : nozzle lip thickness effects and screech closure mechanisms investigation". Thesis, Poitiers, 2018. http://www.theses.fr/2018POIT2327/document.

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Resumen

Cette thèse est une contribution expérimentale à l’étude des résonances aéroacoustiques des jets sous-détendus : le Screech. Diverses méthodes expérimentales sont utilisées à ces fins, telles que la mesure de pression acoustique, la strioscopie et Vélocimétrie par Image des Particules, et associées à des techniques classiques de post-traitement comme les décompositions en mode de Fourier et aux valeurs propres. Ces Techniques permettent d’évaluer les effets d’épaisseur de la lèvre de la buse sur l’écoulement, et fournissent des informations sur les différences de comportement d’un même jet montrant des modes oscillatoires différents. Enfin, on entreprend d’étudier la présence de divers mécanismes de fermeture de la boucle de résonance pour divers modes de screech. La présence d’ondes intrinsèques du jet, se propageant vers l’aval pour les modes axisymétrique (A2) et hélicoïdal (C) suggèrent que ces ondes puissent jouer un rôle dans la résonance. La signature de ces ondes n’est en revanche pas attestée pour les modes battants (B). Ces résultats semblent donc indiquer que plusieurs mécanismes de rétroaction différents puissent être à l’oeuvre dans la résonance du jet sous-détendus
This work provides an experimental contribution to the study of the Screech phenomenon. Various experimental techniques such as microphones array, Schlieren and Particle Image Velocimetry (PIV) together with advanced post-processing techniques like azimuthal Fourier decomposition and Proper Orthogonal Decomposition (POD) are employed. These techniques enable the evaluation of the lip thickness effects on the jets generated by two different round nozzles. The differences on the flow aerodynamics and acoustics are discussed. Then, we carry out experiments to analyse the effects of the different dominant Screech modes (B and C) on the flow characteristics. No noticeable differences are found in the mean fields. However, the fluctuation fields shows the contrary: B mode has larger fluctuation. In the last part, we investigate the Screech closure mechanism. The signature of upstream jet waves is revealed in the axisymmetric (A2) and helical (C) mode. However, the mode B does not present evidence of this instability in the flow, indicating that its closure mechanism may be bonded to another kind of waves. The conclusion from the results is that the Screech phenomenon seems be driven by different closure mechanisms

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Kintz, Harold. "Réalisation de couches minces nanocomposites par un procédé original couplant la pyrolyse laser et la pulvérisation magnétron : application aux cellules solaires tout silicium de troisième génération". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00958453.

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Ce travail porte sur la synthèse de couches minces de nanoparticules de silicium (np-Si) encapsulées dans une matrice diélectrique en vue d'une application en tant que couche active pour les cellules solaires de 3ème génération. La technique utilisée pour la synthèse des np-Si est la pyrolyse laser. Cette technique nous a permis d'obtenir des np-Si cristallines d'environ 5 nm de diamètre avec une distribution en taille étroite. Par ailleurs, l'utilisation de gaz précurseurs spécifiques (PH₃, B₂H₆) dans le mélange réactionnel a rendu possible le dopage (type n ou p) des np-Si. Le dopage effectif des np-Si a pu être mis en évidence par des mesures de résonance paramagnétique électronique (RPE). Des films de np-Si seules ont pu être déposés in-situ via la création d'un jet supersonique de gaz contenant les particules de silicium. Les caractérisations optoélectroniques de ces couches ont montré un effet de confinement quantique fort au sein de films, garantissant ainsi un élargissement important du gap du silicium de 1.12 eV (pour le silicium massif) à environ 2 eV (pour les np-Si) ; prérequis indispensable pour réaliser une cellule tandem tout silicium. Des mesures de résistivité sur ces films ont permis de confirmer l'activité des dopants au sein des np-Si. Pour les np-Si dopées au phosphore une diminution de la résistivité de plus de 5 ordres de grandeurs par rapport au np-Si intrinsèques a été observée. Le couplage entre la pyrolyse laser et la pulvérisation magnétron via notre dispositif original de synthèse s'est révélé parfaitement adapté à l'élaboration de couches minces nanocomposites np-Si/SiO₂. Un comportement de type diode a pu être mis en évidence sur une jonction constituée par la superposition d'une couche nanocomposites (type n) sur un substrat de silicium massif (type p). Au-delà de la simple application au photovoltaïque, le procédé couplé, largement éprouvé et optimisé au cours de ce travail de thèse, pourrait permettre la réalisation d'une multitude de couches nanocomposites différentes, puisque la nature chimique des particules et de la matrice peuvent être choisies indépendamment.

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Perrot, Yohann. "Etude, mise au point et validation de modèles de turbulence compressible". Phd thesis, INSA de Rouen, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00134262.

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Resumen

Cette thèse étudie essentiellement des phénomènes touchant aux domaines aéronautique et spatial. Elle traite par simulations numériques des écoulements dans les tuyères de moteur-fusée, les écoulements d'arrière-corps d'avions, et les écoulements supersoniques en présence d'interactions onde de choc/couche limite. La motivation principale de ce travail a été de comprendre les différents facteurs qui gouvernent ces écoulements. Ce travail, soutenu par le groupe SNECMA, est consacré plus particulièrement à l'étude et à la modélisation des phénomènes en proche paroi en utilisant le code industriel N3S-Natur. L'objectif visé est d'améliorer les chaînes de conception et de développement industriels (RANS) et de développer de nouvelles méthodes de calcul (LES/DES) pour une meilleure maîtrise des systèmes énergétiques. Ainsi, les modèles mis au point dans cette étude ont été d'abord validés sur une variété d'écoulement simple (couche limite compressible, jet supersonique,...) avant d'être appliqués aux écoulements complexes (tuyères avec film de refroidissement, arrière-corps 3D, interaction visqueuse et décollement tridimensionnel). Une partie de l‘étude a été consacrée aux phénomènes transitoires d'amorçage rapide des tuyères propulsives. En ce qui concerne les aspects instationnaires, il a été montré, à travers l'étude d'une interaction onde de choc/couche limite, que la DES (Detached Eddy Simulation), tout comme la LES (Large Eddy Simulation), constitue un outil pertinent, permettant une prédiction fine des caractéristiques moyennes et fluctuantes des écoulements supersoniques décollés. Les résultats obtenus dans ce travail confirment la portée et l'intérêt scientifiques des études en aérodynamique supersonique.

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Shams, Afaque. "Contribution à la simulation numérique des décollements d'écoulements turbulents induits par choc. Application à l'écoulement sur-détenu de tuyère supersonique". Phd thesis, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00546037.

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Resumen

Les décollements d'écoulement induits par choc et leur éventuel réattachement sur paroi sont observés dans de nombreuses configurations d'intérêt pratique, incluant les entrées d'air, les profils transsoniques ou les tuy`eres de lanceurs spatiaux. Ces phénom`enes mettent en jeu des interactions complexes entre couches limites et ondes de choc ou de détente conduisant à des instationnarités à basses fréquences dont l'origine reste aujourd'hui à élucider. Cette étude vise d'une part à proposer une stratégie numérique permettant de prévoir plus précisément ces phénom`enes de décollement et d'autre part d'identifier les principaux mécanismes physiques qui pilotent l'évolution de leur structure globale. L'étude porte plus particuli`erement sur les configurations de décollements libres ou séparés apparaissant en tuy`ere optimisée en poussée opérant en régime surdétendu. Différents mod`eles phénoménologiques sont ainsi testées pour décrire l'évolution du champ de pression instationnaire et dissymétrique en fonction du niveau de surdétente. La stratégie numérique proposée repose sur la combinaison de schémas à capture de choc d'ordre élevé (WENO 5), d'algorithmes d'intégration implicite en temps et d'une modélisation de la turbulence étendant l'approche Detached Eddy Simulation via l'ajout de corrections de réalisabilité. Une large plage de niveaux de surdétente est considérée, à la fois en condition d'entrée stabilisée et transitoire, afin de clarifier les conditions d'existence des différents régimes de décollements libres et restreints, ainsi que l'évolution temporelle de la morphologie globale de l'écoulement transitant entre ces deux régimes. L'évolution instationnaire de l'écoulement est simulée sur des temps suffisamment longs pour permettre une analyse spectrale des contributions des premiers modes azimutaux à la dynamique basse fréquence du champ de pression pariétale.

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Tesis sobre el tema "Tuyère supersonique"

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