24-144 Accurate Rans/les Models for Combustion
Il y a 2 mois
Doctorat, 36 mois
- Temps plein
- Aucune expérience exigée
- Maitrise, IEP, IUP, Bac+4
- Propulsion
**Mission**:
The numerical simulation of reactive turbulent flows is an essential tool for designing and optimizing liquid propellant space propulsion systems. However, because of prohibitive computational costs, simulations of transient regimes and combustion instabilities are still out of reach for a complete combustion chamber. This project aims to decreases the computational costs of the most advanced current methods to make them affordable for industrial use.
Making simulations of a full chamber affordable requires to significantly reduce the computational costs of LES, while preserving its ability to predict unsteady flows and its accurate description of flow/turbulence interactions, both mandatory for combustion instabilities prediction. Attempting to predict combustion instabilities, Schmitt (2022) noted that a good prediction of the mean flow characteristics (temperature field, acoustic modes of the system) was obtained using standard LES models with a coarse mesh, i.e. at reduce computational costs, but the expected thermo-acoustic instability had not been recovered. The analysis of the simulations suggests that the LES model used was in fact not suited for insufficiently resolved regions of the flow, where the largest scales of turbulence are not resolved. A promising alternative could be to combine RANS and LES models: a RANS formulation is used when sufficiently resolved numerical grids are not affordable, typically in the vicinity of injectors and in the flame stabilization region while keeping the unsteady capacity and weakly dissipative character of the LES in most of the combustion chamber.
Such hybrid RANS / LES methods have shown very interesting results on aerodynamic flows for lower computational costs than those of a full LES (Spalart, 2009; Chaouat, 2017; Heinz, 2020). The idea is to restrict the use of large-eddy simulation to regions where its contribution is decisive, while keeping the less expensive RANS approach where sufficient. Very few and limited attempts have been made to use such methods for reacting flows (Hasse et al., 2009; Sainte-Rose et al., 2009) and, to the best of our knowledge, they have not been developed for flows in transcritical or two-phase regimes.
The objective of the proposed thesis is to develop hybrid RANS / LES methods for the numerical simulation of reactive flows in liquid propellant rocket engines. As mentioned previously, this is an innovative work, that will require both theoretical and numerical developments. The work will investigate several points:
- Choice of one (or more) approach from the literature.
- Development of a hybrid combustion model adapted to both LES and RANS modes. Extension to transcritical or two-phase flows.
- Implementation in a suitable industrial-like computational code (AVBP).
Chaouat, B. (2017). Flow, Turbulence and Combustion, 99, 279-327.
Hasse, C., et al. (2009). International Journal of Heat and Fluid Flow, 30(1), 32-43.
Heinz, S. (2020). Progress in Aerospace Science, 114, 100597.
Sainte-Rose, B., et al.. (2009). C.R. Mécanique, 337, 340-351.
Spalart, P. R. (2009). Annual Review of Fluid Mechanics, 41(1), 181-202.
Schmitt, T. and Staffelbach, G. (2022). In EUCASS-9th European Conference for Aerospace Sciences, Lille, France.
Schmitt, T. and Ducruix, S. (2023). Aerospace, 10(2) :98.
Schmitt, T. (2020). Flow, Turbulence and Combustion, 105 :159-189.
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**Profil**:
Master / engineer degree in Fluid mechanics. Background in thermodynamics, turbulence, combustion is highly welcome.
**Laboratoire**:
EM2C
**Message from Phd Team**:
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