Atomisation Assistée Virtuelle – VAA

La désintégration rapide de masses liquides (atomisation d'une nappe ou d'un jet, cassure d'une goutte, formation d'embruns de la crête de vagues) se rencontre dans de très nombreuses applications. Ces écoulements extrêmement complexes, associant dynamique des interfaces, instabilités, turbulence... constituent de véritables défis pour le modélisateur. Les principales questions que pose l’analyse de ces phénomènes sont statistiques : quelles sont les distributions de taille et de vitesse initiales des gouttes produites lors de l’atomisation? Comment ces caractéristiques évoluent-elles lorsque l'on s'éloigne du lieu de naissance des gouttes?

Ce projet se concentre sur des configurations dans lesquelles coexistent un écoulement rapide de gaz et un écoulement plus lent et co-courant de liquide. Cette situation d'atomisation dite assistée se rencontre couramment dans les applications aéronautiques et spatiales. Toutefois, et bien que des réponses expérimentales partielles commencent à émerger sur ces questions, les mécanismes physiques en sont encore très mal compris. De plus, et en dépit des progrès réalisés par plusieurs équipes internationales et nationales (dont celles ayant participé à l’ANR DYNAA 2005-2008), il n’existe pas aujourd'hui de modèle qui permette de déterminer la granulométrie des gouttes formées connaissant la géométrie de l’injecteur et les conditions d’éjection des fluides. Cette limitation s'applique tout particulièrement aux conditions de fonctionnement de turboréacteurs, à savoir un rapport des masses volumiques du liquide au gaz élevé (de l'ordre de 1000) et un fort écart de vitesses entre le gaz et le liquide (10 à 100ms).

Des progrès très récents (2009) sont intervenus en simulations numériques directes qui permettent aujourd'hui d'envisager de telles avancées, et ce y compris pour de forts rapports de densité . Parallèlement, de nouveaux scenarii d’instabilités ont été proposés qui approchent mieux la réalité. Les équipes françaises impliquées dans ce projet sont en pointe dans tous ces domaines. Elles se fixent deux objectifs :
- comprendre et maîtriser l'ensemble des mécanismes physiques qui pilotent la formation des gouttes en atomisation assistée,
- élaborer les premiers prototypes d’outils de simulations directes de l'atomisation assistée qui soient fiables et validés.

La méthode suivie reposera sur la comparaison systématique entre expériences et simulations à chaque étape du projet. En pratique, trois des équipes impliquées apporteront leurs compétences et leurs outils de simulation spécifiques et complémentaires. Le quatrième partenaire est reconnu dans la conduite d'expériences analytiques fines. Tous participeront à l'analyse des résultats. Les conditions d'écoulement visées dans ce projet seront proches de celles intervenant dans les turboréacteurs, avec toutefois des géométries d'injection légèrement simplifiées.

Les travaux de nature fondamentale proposés ici devraient donc contribuer à alimenter deux axes de progrès visés par l'industrie aéronautique. D'une part, une bonne compréhension des mécanismes d'atomisation primaire permettra de proposer des techniques de contrôle pertinentes. D'autre part, le développement de simulations directes du processus d'atomisation qui soient fiables est un préalable nécessaire avant leur intégration dans une chaine de calcul multi-échelles et multi-physiques de chambre de combustion. Plusieurs autres secteurs industriels devraient aussi bénéficier des avancées devant intervenir sur les connaissances et sur les outils.