Immersed Interface Method for the Direct Numerical Simulation of the primary atomization
| Autor: | Marter , Isabelle |
|---|---|
| Přispěvatelé: | ONERA - The French Aerospace Lab [Toulouse], ONERA, Institut supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE), Université de toulouse, Jean-Luc Estivalezes(Jean-Luc.Estivalezes@onecert.fr), Davide ZUZIO, ONERA - The French Aerospace Lab ( Toulouse ), Lagrange, Isabelle |
| Jazyk: | francouzština |
| Rok vydání: | 2017 |
| Předmět: |
Primary atomization
Atomisation primaire [ INFO.INFO-MO ] Computer Science [cs]/Modeling and Simulation Solid object Direct Numerical Simulation Simulation numérique directe [SPI.MECA.MEFL] Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph] [ MATH.MATH-NA ] Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA] [MATH.MATH-NA] Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA] [INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation Méthode d'interface immergée [SPI.MECA.MEFL]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph] Immersed Interface Method [ SPI.MECA.MEFL ] Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph] objet solide [INFO.INFO-MO] Computer Science [cs]/Modeling and Simulation [MATH.MATH-NA]Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA] |
| Zdroj: | Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Institut supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE); Université de toulouse, 2017. Français |
| Popis: | The reduction of polluting emissions and improvement of aeronautical engines efficiency depends on the detailed knowledge of the physical phenomena encountered in a combustion chamber. Fuel atomization, injected as a jet or a liquid sheet, results from the shearing effect induced by the high velocity airflow generated inside the injector. The Direct Numerical Simulation (DNS) of interfacial flows allows the simulation of the whole atomization process, while Cartesian structured meshes allows efficient and accurate HPC computations. However, the complexity of atomization comes from a strong interaction between the jet behavior and the injector internal flow, which makes essential to simulate the whole injector system. As that is impossible on Cartesian structured grids, the main objective of this thesis is to develop an Immersed Interface Method (IIM) allowing the inclusion of solid objects in the computational domain. The incompressible two-phases Navier-Stokes equations are solved using a projection algorithm with the Coupled VoF/Level Set (CLSVOF) method, conservative in mass and momentum. As the mesh and the solid boundary do not coincide, the IIM takes in account the solid boundary exact location with a second Level Set function. This is realized by enforcing boundary conditions on the velocity and pressure fields within the equations discretization. In addition, the IIM has been adapted to the CLSVOF method in order to effectively treat the cells covered by both the solid and the two fluids. The proposed IIM has been validated and applied to the numerical simulation of sheared liquid sheets corresponding to an ONERA experimental configuration. The comparisons between numerical and experimental results put in evidence the effects of significant interactions between the liquid sheet flapping and the airflow : in particular, the frequencies of the liquid sheet primary oscillation from the whole injector system simulations are much closer to the experimental frequencies than the ones from atomization simulations without airflow considerations. La réduction des émissions polluantes et l’amélioration des performances des turboréacteurs nécessitent une connaissance détaillée des phénomènes physiques mis en jeu dans une chambre de combustion. L’atomisation du carburant, injecté sous forme de jet ou nappe, résulte du cisaillement engendré par un fort écoulement d’air généré dans l’injecteur. La simulation numérique directe (DNS) d’écoulements avec interface permet de simuler l’ensemble du processus d’atomisation. L’utilisation de maillages Cartésiens permet la réalisation de calculs HPC efficaces et précis. Cependant, une des complexités de l’atomisation vient d’une interaction forte entre le comportement de la nappe liquide et l’écoulement gazeux dans les conduites de l’injecteur, rendant impératif la simulation de l’injecteur complet. Ceci étant impossible avec des maillages Cartésiens structurés, l’objectif de cette thèse est de développer une méthode d’interface immergée permettant l’inclusion d’objets solides dans un domaine de calcul afin de réaliser des DNS du système d’injection complet.Les équations de Navier-Stokes incompressibles diphasiques sont résolues à l’aide d’un algorithme de projection, l’interface liquide-gaz étant transportée avec une méthode couplée VoF/Level Set (CLSVOF) conservative en masse et quantité de mouvement. Le maillage ne coïncidant pas avec la frontière solide, représentée par une deuxième fonction Level Set, la présence du solide est prise en compte à la localisation exacte du solide en modifiant l’écoulement grâce à la méthode d’interface immergée. Pour cela, des conditions de bord sont imposées sur les champs de vitesse et pression lors de la discrétisation des équations. La méthode d’interface immergée a également été adaptée à la méthode CLSVOF afin de traiter les cellules de maillage contenant à la fois les deux fluides et le solide.La méthode d’interface immergée proposée a été validée et appliquée à la simulation numérique de nappes liquides cisaillées pour une configuration d’injecteur utilisée en essais à l’ONERA. Les comparaisons entre les résultats numériques et expérimentaux permettent de constater l’existence d’une forte interaction entre le battement de la nappe et l’écoulement d’air : en particulier, les fréquences d’oscillation primaire de la nappe calculées avec injecteur complet sont bien plus proches des fréquences mesurées par les expériences que les calculs ne prenant pas en compte les entrées d’air. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|