Dynamique et simulation de l&aposatomisation assistée – DYNAA

L'atomisation d'une nappe ou d'un jet liquide, la cassure d'une gouttelette constituent un cas exemplaire des défis posés par l'étude des écoulements diphasiques complexes. Nous avons choisi d'examiner les problèmes scientifiques posés par l'atomisation en combinant plusieurs niveaux d'analyse (simulation directe ou moyennée) et des approches théoriques, expérimentales et numériques. - Les mécanismes physiques de l'atomisation (instabilités hydrodynamiques, turbulence, cavitation) sont encore très mal compris. De tels mécanismes interviennent en milieu naturel (embruns marins, éruptions volcaniques par exemple) ainsi que dans nombre d'applications. Un domaine applicatif privilégié concerne l'injection diphasique assistée, c'est-à-dire lorsqu'un courant gazeux contribue à la fragmentation d'une structure liquide compacte sous la forme d'un brouillard de gouttelettes (un exemple est le moteur Vulcain d'Ariane). Dans tous les cas, il n'existe pas aujourd'hui de modèle qui permette, à partir de la connaissance de la géométrie de l'injecteur et des conditions d'injection en gaz et en liquide, de déterminer la granulométrie du brouillard après atomisation ainsi que sa distribution en aval de l'injection. Or la connaissance de l'état du mélange est indispensable pour contrôler le procédé considéré : le cas de la combustion est exemplaire à cet égard. En pratique, ces données sont le plus souvent estimées ou bien extrapolées sur la base d'expériences spécifiques conduites sur maquettes représentatives (échelle 1) de sorte qu'il n'est pas possible de prédire de façon fiable l'impact de modifications des caractéristiques de l'injecteur ou des conditions d'alimentation, ni d'optimiser cet organe . - Pour dépasser ces limitations, deux questions principales doivent être résolues. - 1) Quels sont les mécanismes d'atomisation ? Question à traiter au travers notamment d'une analyse revisitée des instabilités interfaciales, et d'intégrer cette connaissance dans l'élaboration et la validation d'outils de simulation directe de l'atomisation primaire. - 2) Comment décrire l'évolution du mélange diphasique dense en aval de l'injecteur ? L'enjeu est double : l'approche choisie doit se coupler aux simulations de l'atomisation primaire ; elle doit aussi prendre en compte les mécanismes d'atomisation secondaires tels que la brisure et la coalescence. - L'apparition de nouvelles pistes prometteuses en termes de scenarii d'instabilité ainsi que les progrès récents en simulations numériques directes (méthodes VOF, level-set, marqueurs) et en modélisation moyennée (approches bi-fluides Euler/Euler et Euler/Lagrange) permettent aujourd'hui d'envisager de telles avancées. Les équipes françaises actrices de ce projet sont d'ailleurs en pointe dans tous ces domaines. Le projet qu'elles proposent vise donc à comprendre et à maîtriser les processus physiques intervenant en injection diphasique assistée, et à élaborer une première génération d'outils de simulations. -