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La combustion et sa modélisation

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La combustion intéresse une grande gamme d’applications qui ont chacune des besoins spécifiques mais qui partagent aussi un noyau de connaissances commun.
 
Les progrès réalisés couplés à l'augmentation des performances des moyens de calcul, permettent maintenant d'envisager des réponses pertinentes à des problèmes très complexes : réduction des émissions polluantes,  flexibilité en termes de conduite, de combustible et de technologies. Ils s’appuient  sur les outils de simulation avancés (simulation des grandes échelles) et des modèles d’ordre réduit déduits des simulations multi-dimensionnelles.

  • Dates :31/05/2017
  • Durée :3 jours
  • Lieu :Ecole polytechnique
  • Tarif :2 090 € HT
  • Langue :Français

Objectifs

  1. Exposer les bases fondamentales de la modélisation de la combustion
  2. Décrire les méthodes d'analyse et de simulation développées au cours des années récentes (méthodes théoriques, calculs fondés sur les équations de Reynolds moyennées, simulation numérique directe DNS, simulation des grandes échelles LES, réduction de schémas, méthodes de tabulation…)
  3. Traiter des applications très diverses pour illustrer les méthodes dans des cas concrets proches des applications industrielles.

Programme

Notions de base en combustion

  • Description des systèmes réactifs, cinétique chimique, phénomènes de transport
  • Flammes laminaires, de pré-mélange, flammes de diffusion, effets d’étirement, allumage, extinction, calcul des flammes laminaires avec chimie simplifiée
  • Mécanismes de formation des polluants, méthodes de réduction de schémas cinétiques complexes

Introduction à la combustion turbulente

  • Équations de bilan, modèles de fermeture, notions sur les régimes de combustion turbulente
  • Modélisation à l'aide de fonctions de densité de probabilité, modèles de flammelettes, densité de surface de flamme
  • Interactions avec les parois, exemples de calculs

Modélisation numérique des flammes

  • Méthodes modernes pour le calcul des flammes
  • Discrétisation, échelles spatiales et temporelles, maillages adaptatifs, méthodes de résolution
  • Exemples de calculs

Simulation aux grandes échelles des écoulements réactifs turbulents (LES)

  • Classification et comparaison des méthodes de calcul employées en pratique pour la combustion turbulente dans les configurations réalistes, ondes acoustiques et couplage acoustique/combustion dans les flammes turbulentes
  • Méthodes de calcul, conditions aux limites, exemples d’applications de la simulation des grandes échelles à des foyers réels de turbines à gaz : combustion instationnaire, combustion oscillante, extinction, flashback

Combustion diphasique

  • Régimes de combustion diphasique
  • Flammes diphasiques, combustion de gouttes et de brouillards
  • Modélisation des flammes diphasiques, combustion transcritique
  • Exemples d'applications

Dynamique de la combustion

  • Instabilités de combustion, fonction de transfert de flammes, simulation des flammes instationnaires
  • Modélisation des instabilités, contrôles passif et actif

Applications

Un certain nombre d’exemples seront traités. On traitera notamment le cas des moteurs automobiles, les foyers aéronautiques, la combustion dans les turbines à gaz, les moteurs fusée à ergols liquides et l’accélération de flammes dans les analyses de sécurité.

Deux instants au cours de l'allumage d'une chambre de combustion annulaire équipée de 16 injecteurs swirlés alimentés en prémélange air-propane.
A gauche : visualisation de l'émission de lumière de la flamme.

A droite : résultat d'une simulation aux grandes échelles réalisée au moyen du code AVBP.

(Photo : EM2C, CNRS, 2013).
 

Méthode pédagogique :

Rappel des bases théoriques
Apport de méthodes et d’outils opérationnels.
Application à des exemples et des cas industriels concrets

Intervenants

  1. Responsable scientifique
    Sébastien

    Professeur des Universités émérite à CentraleSupélec, Université Paris-Saclay et membre honoraire de l’Institut Universitaire de France, Laboratoire EM2C, CNRS.

  1. Intervenant(s)
    Nasser

    Professeur des Universités à CentraleSupélec, Université Paris-Saclay, Laboratoire EM2C, CNRS, Master et Docteur ECP, HDR de l’INP Toulouse, Nasser Darabiha est Professeur des universités classe exceptionnelle à l'Ecole Centrale Paris (Laboratoire EM2C, CNRS).

  2. Intervenant(s)
    Sébastien

    Directeur de Recherche, Laboratoire EM2C, CNRS, CentraleSupélec, Université Paris-Saclay. Ingénieur et docteur ECP, HDR de l’INP Toulouse Sébastien Ducruix est Directeur de Recherche au CNRS et Directeur Adjoint du Laboratoire EM2C.

  3. Intervenant(s)
    Thierry

    Directeur de recherche CNRS, IMFT, Toulouse, Conseiller scientifique au CERFACS, Senior Research Fellow à Stanford University.

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