Simulation numérique directe de la turbulence en présence d ... - ISAE

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194 Conclusion générale analytiques prédites par le modèle k − ε et aux résultats issus des travaux de Comte-Bellot et Corrsin [15]. La méthode de forçage linéaire utilisée par Velghe ayant été un facteur limitant pour l’interprétation physique des résultats, nous avons imaginé une nouvelle méthode mettant en œuvre un forçage spectral permettant l’obtention d’un état turbulent stationnaire. Celle méthode se montre particulièrement efficace pour conserver les structures turbulentes de l’écoulement tout au long des simulations. Dans le cadre de l’étude de la turbulence en présence de surfaces de blocage, l’influence du nombre de Reynolds (spectres Si A), du nombre d’onde κ e (spectres Si B ) et des conditions aux limites imposées à la paroi (adiabatique Σ q ou isotherme Σ T ) sur les phénomènes turbulents observés aux abords de la paroi a été caractérisée. Les simulations effectuées suggèrent l’existence de plusieurs couches de fluide dans le domaine de simulation : la zone de forçage marquée par une activité turbulente intense, la zone de diffusion qui transporte l’agitation turbulente créée jusqu’à la paroi et la zone de blocage dans laquelle les phénomènes de blocage cinématique et d’amortissement interagissent. La validation physique des phénomènes de paroi est conduite en comparant les contraintes et les termes du bilan des tensions de Reynolds calculées et celles présentes dans les travaux de Perot & Moin [47] et Bodart [7]. En plus de retrouver les résultats de nos prédécesseurs nous avons été en mesure de caractériser l’influence des paramètres turbulents et thermiques de l’écoulement sur les phénomènes d’amortissement et de transferts énergétiques intercomposantes. L’évolution des états de surfaces, obtenus en considérant la réaction de sublimation du carbone à la paroi, a montré qu’elle dépendait à la fois de l’agitation turbulente, du nombre d’onde κ e et de la température du fluide T f . Les hauteurs de rugosité atteintes sont de l’ordre de 10 −8 m. Ces résultats sont meilleurs que ceux de Velghe, mais il peuvent être améliorer en allongeant la durée des simulations. Ceci dit, nos résultats révèlent que la taille des structures porteuses d’énergie influence la manière dont les rugosités se forment à la surface. En effet, plus le nombre d’onde κ e est grand plus la densité de rugosités observée est importante. Pour étudier cette densité, des pistes de réflexion ont été avancées, elles nécessitent cependant la mise en place d’un traitement graphique et statistique des pics caractéristiques des parois rugueuses. Les principaux points à retenir de cette étude sont les suivants : • le développement d’une méthode de forçage spectral destinée à maintenir un niveau d’énergie cinétique constant sans altérer les structures turbulentes, • la mise en place d’une procédure d’extraction des propriétés spectrales de l’écoulement, • la validation des simulations de la turbulence en configuration périodique et en présence de surfaces de blocage grâce à l’utilisation respective des modèles k − ε et RSTE. Les résultats obtenus sont ensuite comparés à ceux issus de travaux bien connus disponibles dans la littérature, • une surface plane soumise à l’ablation reste plane au cours du temps lorsque le matériau n’est pas surmonté d’une fluctuation turbulente alors qu’en régime turbulent, l’ablation engendre la création d’une rugosité surfacique qui dépend à la fois de l’agitation turbulente, de la taille des structures porteuses d’énergie et de la température du fluide.
Conclusion générale 195 Les perspectives qui s’ouvrent à l’issue de ce travail concernent plusieurs aspects. D’abord il s’agira de compléter la physique de l’ablation modélisée par le code EVEREST. Pour cela, un éventail des compositions et des réactions chimiques des différentes atmosphères rencontrées durant la phase de rentrée permettra d’augmenter le réalisme des simulations. Il serait aussi opportun de considérer l’ajout d’un bloc solide (en complément du bloc fluide déjà intégré) pour simuler les transferts de masse et de chaleur dans le matériau, comme le phénomène de pyrolyse par exemple. Les simulations menées ici doivent être poursuivies, en effet, plusieurs axes d’études devront être approfondis, comme par exemple, le développement de l’outil de traitement statistique afin d’avancer des modèles de paroi caractéristiques ainsi que l’optimisation de la procédure d’extraction spectrale dans le cas d’un spectre VKP. Il s’agira enfin d’allonger le temps des simulations pour que les hauteurs de rugosité caractérisées par le code soient de l’ordre de 10 −6 m conformément aux expériences de jet de plasma. La simulation numérique directe des phénomènes turbulents en interaction avec le phénomène d’ablation est encore loin d’avoir livré tous ses secrets, il est évident que d’autres travaux seront nécessaires pour améliorer la représentativité physique des modèles numériques existants.
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Nomenclature Lettres latines A Fré
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Nomenclature 11 ν i ′, ν′′
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14 Introduction générale Études
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