modélisation et simulation numérique de la combustion des propergols solides
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Modélisation et simulation numérique de la combustion des propergols solides. RAHMAN Shihab e-mail : [email protected] Thèse dirigée par : Vincent GIOVANGIGLI (CMAP-Ecole Polytechnique) Encadrant ONERA : Yves FABIGNON (DEFA-PRS). Contexte industriel. Qu’est-ce qu’un propergol solide ?. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Modélisation et simulation numérique de la combustion des propergols solides.
RAHMAN Shihab e-mail : [email protected]èse dirigée par : Vincent GIOVANGIGLI (CMAP-Ecole Polytechnique)
Encadrant ONERA : Yves FABIGNON (DEFA-PRS)
Combustion du Perchlorate d’Ammonium : Modélisation et résultatsCombustion du Perchlorate d’Ammonium : Modélisation et résultats
Modélisation du PAModélisation du PA
Contexte industrielContexte industriel
Combustion instationnaire : réponse du propergol à des perturbations Combustion instationnaire : réponse du propergol à des perturbations de pression de pression
Qu’est-ce qu’un propergol solide ?Qu’est-ce qu’un propergol solide ? Pourquoi étudier la combustion des Pourquoi étudier la combustion des propergols?propergols?
Combustion stationnaireCombustion stationnaire Profil de température gazeux avec une cinétique chimique détaillée d’interface :
Carte de stabilité intrinsèque et fonction de réponse obtenues en combinant simulation numérique stationnaire et théorie de Zel’dovich-Novozhilov (ZN) :
Les propergols solides sont des matériaux dits énergétiques car renfermant une énergie chimique considérable qui permet de fournir de très fortes poussées en des temps réduits
aux engins spatiaux, missiles tactiques et stratégiques. Ils sont généralement constitués
de grains oxydants (comme le perchlorate d’ammonium-PA) incrustés dans un liant de
type polybutadiène pour les propergols composites à liant inerte.
Les moteurs à propergol solide fonctionnent selon le principe suivant : la combustion du propergol tapissant le moteur sur toute sa longueur est amorcée par un allumeur situé en tête de moteur. La flamme se propage en surface et l’énergie thermique des gaz ainsi brûlés est convertie en énergie cinétique après détente dans la tuyère.
La combustion des propergols peut parfois donner lieu à des instabilités de combustion destructrices
résultant de couplages entre l’énergétique, l’aérodynamique interne de la chambre et
l’acoustique.
3 zones distinctes :
• Bloc solide inerte
• Interface multiphasique réactive
• Phase gazeuse réactive
La chaleur dégagée par la combustion entraîne la dégradation du PA riche en espèces chimiques réactives. On étudie deux aspects :
• Combustion stationnaire : grandeurs physiques constantes dans le temps
• Combustion instationnaire : couplage entre la pression oscillante P en phase gazeuse et le débit évaporé M en surface. On définit alors la fonction de réponse Rp = M/P.
La modélisation chimique de l’interface a été étendue afin de pouvoir considérer une cinétique chimique complexe d’interface. Par utilisation de la théorie ZN et simulations numériques stationnaires, des cartes de stabilité intrinsèque et la fonction de réponse en pression du PA été obtenue. Une modélisation instationnaire décrivant le couplage complet entre acoustique (gaz et solide) et combustion a été mise en place.
Le code de calcul instationnaire créé permet de simuler divers régimes de fonctionnement moteur, et étudier la réponse en combustion associée. Il s’agit maintenant de dériver numériquement la fonction de réponse en pression et de l’implanter dans un code de calcul industriel. A terme, cela permettra de progresser …
Résumé de la recherche et perspectivesRésumé de la recherche et perspectives
Propagation d’une perturbation acoustique dans le système :
Le but de la thèse est la modélisation et la simulation numérique de la combustion du PA, avec prise en
compte d’une cinétique chimique détaillée en phase gazeuse (36 espèces, 215 réactions). On
s’intéresse en particulier aux phénomènes instationnaires de type « pressure coupling ».
Grille numérique :