Ce travail est consacré à la simulation numérique des écoulements inertes et réactifs stabilisés en aval d'un élargissement brusque symétrique, alimenté par deux écoulements de canal pleinement développés d'air ou air+propane. L'objectif est, d'une part, de tester sur une géométrie "simple", une modélisation de la combustion en écoulements turbulents et en régime de prémélange et, d'autre part, d'estimer le niveau de précision obtenue afin de pouvoir quantifier une éventuelle amélioration liée à l'utilisation de modèles plus sophistiqués. Le modèle de turbulence k-ε sous sa forme standard avec la loi de paroi, et le modèle de combustion du type PDF présumé, modèle CLE, ont été retenus pour nos simulations. Une étude préliminaire du type KPP nous a permis de déduire les caractéristiques propagatives des zones de réactions moyennes à richesse constante, calculées sur la base du modèle de combustion retenu. Dans ce travail, ont été simulés : trois écoulements inertes et trois écoulements réactifs à richesse constante pour nombres de Reynolds égaux à 25000, 50000 et 75000 et deux écoulements réactifs à richesse variable pour nombre de Reynolds 25000. Concernant les écoulements inertes, on retrouve bien la dissymétrie observée expérimentalement des deux zones de recirculation moyennes. Pour les écoulements réactifs à richesse constante, on retrouve également la resymétrisation de l'écoulement moyen observée expérimentalement. En revanche, la longueur des zones de recirculation moyenne est fortement sous-estimée par le calcul. Un comportement auto-semblable dans la zone proche de l'élargissement est également retrouvé. Pour les écoulements à richesse variable, la perte de symétrie de l'écoulement moyen est bien retrouvée, mais les longueurs des zones de recirculation moyennes sont toujours sous-estimées par le calcul. Des indicateurs quantitatifs d'écart entre les résultats numériques et expérimentaux sont fournis pour les écoulements inertes et réactifs considérés, permettant à l'avenir, d'estimer le gain apporté par le recours à des simulations basées sur une évolution ou sur une amélioration de modèles physiques retenus de le cadre de cette étude.

Ce travail est consacré à la simulation numérique des grandes échelles des écoulements turbulents inertes et réactifs en aval d’un élargissement brusque symétrique, alimenté par deux écoulements de canal pleinement développés. L’objectif de cette étude est, dans un premier temps, d’explorer les possibilités offertes par la résolution d’équations différentielles stochastiques (EDS) permettant d'imposer des conditions aux limites instationnaires et initialiser un calcul utilisant la simulation numérique des grandes échelles (LES). Cette méthode de génération de conditions aux limites instationnaires a ensuite été introduite au sein d’un code de mécanique des fluides réactifs de type LES utilisant un modèle de sous-maille de type Smagorinsky ainsi qu’un modèle de combustion de type Eddy-Break-Up. Les résultats décrivent la structure de l’écoulement dans les trois cas (1) d’un fluide inerte, (2) d’un mélange de deux fluides inertes non isothermes et (3) de combustion d’un mélange très pauvre. Les résultats soulignent que l’introduction de conditions d’entrée générées par EDS permet de mieux représenter les champs fluctuants avec des propriétés correspondantes aux mesures expérimentales disponibles. En ce qui concerne les écoulements inertes en aval de l’élargissement brusque, on retrouve bien la dissymétrie observée expérimentalement entre les deux zones de recirculation. Celle-ci est engendrée par une légère différence entre les vitesses d’entrée dans les deux canaux. L’étude de l’écoulement dans le cas où les deux canaux sont alimentés par des fluides inertes mais de températures différentes, a permis de caractériser l’influence du gradient transversal de température à l’entrée et des conditions d’entrée sur le développement de la couche de mélange en aval. Pour les écoulements réactifs, la structure de l’écoulement dans la chambre est altérée, notamment par la variation des longueurs des zones de recirculation, et l’analyse instationnaire a permis de mettre en évidence l’existence d’un faible battement du front de flammes dans la chambre.

CE MEMOIRE EST RELATIF A L'ETUDE DE L'ECOULEMENT DANS UN TUBE PRESENTANT UN RETRECISSEMENT LOCAL DE SECTION, POUR DES DEBITS PERMANENTS ET INSTATIONNAIRES PERIODIQUES. L'ETUDE EXPERIMENTALE CONSISTE PRINCIPALEMENT EN DES MESURES DU CHAMP AVAL DE VITESSE PAR VELOCIMETRIE ULTRASONORE ET EN DES RELEVES DU SIGNAL INSTANTANE DE VITESSE PAR ANEMOMETRIE A FILM CHAUD. DES VISUALISATIONS COMPLETENT CETTE ETUDE. LES PRINCIPAUX RESULTATS OBTENUS SONT LES SUIVANTS: L'ETUDE DE L'ECOULEMENT PERMANENT A PERMIS, D'UNE PART DE DETERMINER L'EVLUTION AVEC LE NOMBRE DE REYNOLDS DE LA LONGUEUR DE LA ZONE DE RECIRCULATION, D'AUTRE PART D'ARRIVER A LA CONCLUSION QUE CE TYPE D'ECOULEMENT EST UN AMPLIFICATEUR D'INSTABILITES. L'ECOULEMENT DEVIENT TRES VITE TRIDIMENSIONNEL LORSQUE LE NOMBRE DE REYNOLDS CROIT ET DES ECOULEMENTS SECONDAIRES EVOQUANT DES TOURBILLONS DE GORTLER APPARAISSENT DANS LES PLANS TRANSVERSAUX. EN CE QUI CONCERNE LES ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES LE COMPORTEMENT DE LA STRUCTURE TOURBILLONNAIRE AU COURS DU CYCLE EST ANALYSE ET LE ROLE JOUE PAR LES PARAMETRES DE L'ECOULEMENT EST MIS EN EVIDENCE. IL EST TROUVE, EN PARTICULIER, QUE LA LONGUEUR D'INFLUENCE DE LA SINGULARITE NE DEPEND QUE DU NOMBRE DE STOUHAL DE L'ECOULEMENT; CE RESULTAT SE TROUVE CONFIRME PAR UNE MODELISATION. UNE SECONDE MODELISATION, RELATIVE A LA COMPOSANTE AXIALE DE LA VITESSE A ETE UTILISEE. ELLE PERMET DE RETROUVER ET DE COMPLETER LES RESULTATS EXPERIMENTAUX

Ce travail s'inscrit dans le cadre des études sur la simulation numérique des écoulements turbulents réactifs. Il a pour objet l'étude d'une méthode hybride basée sur l'utilisation conjointe d'une méthode lagrangienne à Fonction Densité de Probabilité (PDF) transportée et d'une méthode eulérienne de résolution des équations moyennées (RANS). La première partie est consacrée à la description des méthodes RANS et de l'approche à PDF transportée. Cette dernière est particulièrement détaillée : cela permet de mettre en avant les avantages et les inconvénients de cette approche. Dans ce contexte, on insiste sur les aspects liés à la modélisation et à la résolution de l'équation de transport de la PDF. Sa résolution s'appuie couramment sur des simulations numériques de type Monte-Carlo. On montre également comment la nature statistique des méthodes de Monte-Carlo induit des difficultés numériques qui ont conduit à l'élaboration de méthodes hybrides associant méthode RANS et approche à PDF transportée. Dans la seconde partie de cette étude, les aspects théoriques et numériques des méthodes hybrides sont alors détaillés en particulier le modèle PEUL+ développé à l'ONERA. Une nouvelle procédure de couplage de type instationnaire est proposée. Elle améliore la stabilité et la précision du modèle par rapport à la procédure de couplage stationnaire. Elle est ensuite testée et validée sur deux configurations : tout d'abord sur une flamme non prémélangée méthane-air stabilisée par une flamme pilote puis sur une flamme de prémélange dans un élargissement brusque symétrique.

ETUDE DU DECOLLEMENT PROVOQUE PAR DES OBSTACLES. UNE APPROCHE THEORIQUE ABOUTIT, A PARTIR DES CONSIDERATIONS PHYSIQUES DU PHENOMENE, A UN MODELE MATHEMATIQUE DE L'ECOULEMENT TURBULENT. ON DEVELOPPE UNE METHODE DE CALCUL NUMERIQUE TENANT COMPTE DE LA NATURE COMPLEXE DES EQUATIONS ET DE LA GEOMETRIE DES DOMAINES D'ECOULEMENT. ETUDE EXPERIMENTALE OU ON MET EN EVIDENCE L'INFLUENCE DE CERTAINS PARAMETRES AMONT. L'ETUDE EST ILLUSTREE PAR TROIS CONFIGURATIONS: ECOULEMENT DECOLLE INTERNE DU A UN ELARGISSEMENT BRUSQUE DE SECTION EN CONDUITE CYLINDRIQUE; ECOULEMENT DECOLLE EXTERNE SUR UNE MARCHE DESCENDANTE; ECOULEMENT "DE RELAXATION" EN AVAL D'UN RECOLLEMENT (EN ECOULEMENT INTERNE)