CE MEMOIRE PORTE SUR LA MODELISATION ET LA SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS DISSIPATIFS HYPERSONIQUES D'AIR COMPOSE D'UN MELANGE DE CINQ ESPECES N2, O2, NO, N ET O) EN DESEQUILIBRE THERMO-CHIMIQUE. DANS UN PREMIER TEMPS, LES EQUATIONS INSTATIONNAIRES REGISSANT CET ECOULEMENT COMPRESSIBLE VISQUEUX, AXISYMETRIQUE SONT DETAILLEES. LE SYSTEME AUX DERIVEES PARTIELLES AINSI OBTENU EST RESOLU PAR UNE METHODE NUMERIQUE AUX DIFFERENCES FINIES IMPLICITE TOTALEMENT COUPLEE D'ORDRE DEUX EN ESPACES ET EN TEMPS. LA TECHNIQUE DE DECOMPOSITION DES FLUX EST APPLIQUEE A LA PARTIE IMPLICITE ET LA DISCRETISATION CONDUIT A UN SYSTEME LINEAIRE A MATRICE PENTADIAGONALE PAR BLOCS RESOLU PAR UNE METHODE DE RELAXATION PAR LIGNE OU PAR POINT DE GAUSS-SEIDEL. LE CODE A ETE APPLIQUE POUR ETUDIER LES ECOULEMENTS HYPERSONIQUES DANS DES TUYERES A HAUTE ENTHALPIE GENERATRICE. APRES AVOIR MIS EN EVIDENCE LES PHENOMENES DE FIGEAGE DES DIFFERENTS PROCESSUS THERMO-CHIMIQUE, L'INFLUENCE DE LA PRESSION RESERVOIR ET DE LA FORME DE LA PAROI DE LA TUYERE SUR L'ECOULEMENT INTERNE A ETE ANALYSEE. LA COMPARAISON AVEC LE PEU DE RESULTATS NUMERIQUES DISPONIBLES DANS LA LITTERATURE A MONTRE UN BON ACCORD DANS LA ZONE DE DESEQUILIBRE ET DES ECARTS EN SORTIE DE TUYERE, PRINCIPALEMENT DUS A DES CHOIX DE MODELES VIBRATIONNELS DIFFERENTS. D'AUTRE PART, CES CALCULS ONT PU METTRE EN EVIDENCE LA CAPACITE DU CODE A SIMULER DE TELS ECOULEMENTS ET L'IMPORTANCE DE LA PRISE EN COMPTE DES PHENOMENES DE DESEQUILIBRE CHIMIQUE ET VIBRATIONNEL

ON ETUDIE DES ECOULEMENTS HYPERSONIQUES EULERIENS EN DESEQUILIBRE THERMODYNAMIQUE, POUR LESQUELS ON PRESENTE DES EQUATIONS D'EULER, DE BILAN D'ESPECES ET DE RELAXATION VIBRATIONNELLE. ON MODELISE LES PROCESSUS D'ECHANGES VIBRATIONNELS LORS DES COLLISIONS ENTRE MOLECULES ET ON EXPOSE UN MODELE DE COUPLAGE ENTRE LA DISSOCIATION DES MOLECULES ET LEUR RELAXATION VIBRATIONNELLE. EN RAISON DU CARACTERE HYPERBOLIQUE ET ELLIPTIQUE DU SYSTEME D'EQUATIONS, ON UTILISE UNE METHODE NUMERIQUE PSEUDO-INSTATIONNAIRE. LE SYSTEME D'EQUATIONS EST ALORS RESOLU PAR UNE METHODE DE VOLUMES-FINIS SEMI-IMPLICITE, OU LES FLUX SONT DECOMPOSES SELON UNE TECHNIQUE DE VAN-LEER ET POUR LESQUELS ON UTILISE LA NOTION DE GAMMA-EQUIVALENT. LES MODELES PHYSIQUES ET NUMERIQUES PRESENTES ICI, SONT TESTES SUR DEUX TYPES D'ECOULEMENTS, L'UN EN TUYERE, L'AUTRE AUTOUR D'UN CORPS EMOUSSE; DES COMPARAISONS SONT FAITES ENTRE LES RESULTATS OBTENUS AVEC LES DIFFERENTES ETAPES DE LA MODELISATION. ENFIN, LE CODE DE CALCUL A ETE VECTORISE ET PARALLELISE ET ON PRESENTE DES COMPARAISONS DE TEMPS CPU ET DE TEMPS DE RESTITUTION OBTENUS DANS LES DIFFERENTES VERSIONS

L'objectif de ce travail est de simuler numériquement un écoulement d'air hypersonique dissipatif autour d'un profil. Aux très grandes vitesses atteintes, différents phénomènes physiques apparaissent au sein du fluide. Le couplage chimie-vibration ainsi qu'un processus d'ionisation sont pris en compte. Le mélange est alors composé de 7 espèces dans lesquelles n#2 et o#2 sont pris en déséquilibre vibrationnel. Le système d'équation obtenu est résolu en utilisant une méthode implicite d'ordre deux aux différences finies. Plusieurs cas tests sont étudiés pour des nombres de Mach allant de 14,8 a 27. Des comparaisons avec des résultats expérimentaux sont effectuées. Les hypothèses de travail déjà utilisées par plusieurs auteurs, donnent lieu à des comparaisons code a code. A travers une étude des températures et des fractions massiques, les effets des différentes modélisations physiques utilisées sont testées

AU COURS DE LA RENTREE ATMOSPHERIQUE D'ENGINS HYPERSONIQUES, UNE ONDE DE CHOC FORTE ENTOURE L'APPAREIL. A TRAVERS CETTE ONDE DE CHOC, L'AIR EST BRUSQUEMENT RALENTI ET UNE GRANDE PART DE L'ENERGIE CINETIQUE SE TRANSFORME EN ENERGIE INTERNE. LE PLASMA FORME EN AVAL DE CETTE DISCONTINUITE EST ALORS LE SIEGE D'UN DESEQUILIBRE THERMIQUE, CHIMIQUE ET RADIATIF. LE BUT DE CETTE ETUDE EST DE FAIRE UNE SYNTHESE DES DIFFERENTS TYPES DE MODELISATION PROPOSES DANS LA LITTERATURE POUR PRENDRE EN COMPTE CES PROCESSUS. LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL EST CONSACREE A L'ETUDE THEORIQUE ET A LA SIMULATION DES DIFFERENTS PHENOMENES PHYSICO-CHIMIQUES PRENANT PLACE DANS L'ECOULEMENT HYPERSONIQUE. DANS UNE SECONDE PARTIE, UNE VALIDATION SUR LES MODELES DE TAUX DE DISSOCIATION DITHERMES ET LES MODELES D'ECHANGES ENERGETIQUES VIBRATIONNELS, DANS UN PLASMA D'AZOTE COMPOSE DE CINQ ESPECES (N#2, N, N#2#+, N#+, E#-), EST EFFECTUEE PAR COMPARAISON ENTRE SPECTRE D'EMISSION SIMULE ET EXPERIMENTAL DU SYSTEME N#2#+(1#-). POUR CE FAIRE UN CODE AERODYNAMIQUE NON VISQUEUX (RESOLU PAR UNE METHODE BDF) A TROIS TEMPERATURES EST COUPLE A UN CODE COLLISIONNEL-RADIATIF ET A UN MODULE SPECTRAL. DANS UNE DERNIERE PARTIE, UN CODE AERODYNAMIQUE VISQUEUX A DEUX OU TROIS TEMPERATURES PLUS PERFORMANT (SCHEMA TVD IMPLICITE) EST MIS EN PLACE. DE NOUVELLES COMPARAISONS AVEC LES SPECTRES EXPERIMENTAUX SONT EFFECTUEES POUR LE CAS DE L'EXPERIENCE PRECEDENTE. FINALEMENT, LA PUISSANCE TOTALE RAYONNEE SIMULEE DU SYSTEME N#2#+(1#-) DANS UN PLASMA D'AIR COMPOSE DE ONZE ESPECES (N#2, N, O#2, O, NO, N#2#+, N#+, O#2#+, O#+, NO#+, E#-) EST COMPAREE A CELLE ENREGISTREE LORS DE RENTREES ATMOSPHERIQUES. ON MONTRE QUE POUR LE DESEQUILIBRE THERMIQUE, LA REPRESENTATION DE MACHERET DONNE LES MEILLEURS RESULTATS AUSSI BIEN DANS L'AZOTE QUE DANS L'AIR. DE MEME, LA RELATION DE HANSEN POUR L'IONISATION ASSOCIATIVE EST LA MIEUX ADAPTEE. IL EXISTE UNE FORTE DEPENDANCE DU SPECTRE VIS A VIS DE LA TEMPERATURE DE VIBRATION CHOISIE.

Volume 2 of this significant work presents previously unpublished cutting-edge lectures from the Third French-Russian Workshop on Fluid Dynamics held in Tashkent in April 1995. Reflecting the Workshop?s main themes, this book particularly focuses on: expermental investigation of unsteady separated flow, 3D configurations, laminar and transitional flows, turbulent shock, shock interaction in hypersonic flow, pressure pulsation in separated flows and jets and high enthalpy flows using wind tunnels. modeling of free surface flows, natural gas combustion, vortical gas flows and acoustic processes in complex channels, non-equilibrium hypersonic viscous flows, wall law for fluids and compressible fluid jets with vortex zones. theoretical predictions of aerodynamic performances with analyses of supersonic combustion, detonation, and sumulation of reactive mixing layer. solution methods for quasilinear parabolic equations and other calculations including incompressible Navier Stokes equations and parabolic equations by Monte-Carlo methods. numerical algorithms for the simulation of atmospheric gas dynamics, kinetic schemes for viscous gas dynamic flows and evolutionary algorithms for complex optimization problems. This book will be of particular interest to all engineers and research scientists in Fluid Dynamics, Aeronautics, Aerospace and Mechanical or Applied Mathematics.

DANS CE TRAVAIL, ON S'INTERESSE A LA SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS HYPERSONIQUES. ON ETUDIE D'UNE PART DES ECOULEMENTS STATIONNAIRES EN DESEQUILIBRE THERMOCHIMIQUE AUTOUR D'OBSTACLES OU EN TUYERE DE REVOLUTION ET D'AUTRE PART L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE DE LA PHASE D'AMORCAGE D'UNE TUYERE. DANS UN PREMIER CHAPITRE, NOUS RAPPELONS LA MODELISATION PHYSIQUE, UTILISEE DANS CE TRAVAIL. PAR LA SUITE, CE MEMOIRE EST ARTICULE EN TROIS PARTIES. DANS UNE PREMIERE PARTIE, ON ETUDIE LES ECOULEMENTS HYPERSONIQUES NON VISQUEUX EN DESEQUILIBRE CHIMIQUE ET THERMIQUE. ON PROPOSE DEUX APPROCHES, UNE METHODE DITE DE COUPLAGE FAIBLE ET UNE METHODE DE COUPLAGE FORT. DANS LES DEUX CAS L'APPROXIMATION SPATIALE REPOSE SUR UNE FORMULATION VOLUMES FINIS ET LE SCHEMA EN TEMPS EST IMPLICITE. LA PRECISION D'ORDRE DEUX EST OBTENUE PAR UNE METHODE MUSCL. CES METHODES SONT APPLIQUEES A LA SIMULATION D'ECOULEMENTS AUTOUR DE CORPS ARRONDIS ET DE DOUBLE-ELLIPSE. ON ETUDIE L'INFLUENCE DU DESEQUILIBRE THERMIQUE SUR LA SOLUTION ET SUR LA ROBUSTESSE DU SCHEMA. LA DEUXIEME PARTIE EST CONSACREE A L'ETUDE D'ECOULEMENTS HYPERSONIQUES VISQUEUX EN DESEQUILIBRE THERMO-CHIMIQUE. APRES AVOIR RAPPELE LA MODELISATION PHYSIQUE DU PROBLEME, ON DONNE L'EXTENSION AU CAS VISQUEUX DE LA METHODE NUMERIQUE UTILISEE DANS LA PARTIE PRECEDENTE. LA DISCRETISATION SPATIALE DES FLUX DIFFUSIFS REPOSE SUR UNE FORMULATION ELEMENTS FINIS, LE SCHEMA D'INTEGRATION EN TEMPS EST IMPLICITE. AFIN D'ETUDIER L'ECOULEMENT DANS UNE TUYERE, NOUS PRESENTONS UNE FORMULATION AXISYMETRIQUE DANS LE CADRE D'ECOULEMENTS VISQUEUX. CES METHODES PERMETTENT D'OBTENIR DES RESULTATS AUTOUR DE GEOMETRIES DE TYPE DOUBLE-ELLIPSE ET DE TUYERE. DANS UNE DERNIERE PARTIE, NOUS PRESENTONS UNE ETUDE PRELIMINAIRE CONCERNANT L'AMORCAGE D'UNE TUYERE. L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE SE PROPAGEANT DANS LA TUYERE EST SUPPOSE A L'EQUILIBRE CHIMIQUE ET THERMIQUE. UNE ETUDE MONODIMENSIONNELLE NOUS A PERMIS D'ADAPTER UN SOLVEUR DE ROE AU CAS D'UN MELANGE D'AIR ET D'HELIUM. NOUS PRESENTONS PAR LA SUITE LES SCHEMAS ESSENTIELLEMENT NON OSCILLATOIRES (E.N.O.) UTILISES POUR LA DISCRETISATION SPATIALE. CES SCHEMAS NOUS PERMETTENT D'ATTEINDRE DES PRECISIONS D'ORDRE TROIS. LA DISCRETISATION TEMPORELLE SE FAIT A L'AIDE D'UN SCHEMA DE RUNGE KUTTA. DES RESULTATS PRELIMINAIRES D'ORDRE UN DEUX ET TROIS SONT PRESENTES, ILS SIMULENT L'AMORCAGE D'UNE TUYERE A L'AIDE D'UN TUBE A CHOC

LE MEMOIRE SUIVANT S'INSCRIT DANS LE CADRE DE LA MODELISATION DE LA PHASE DE RENTREE D'UN AVION SPATIAL DANS L'ATMOSPHERE. SON OBJET EST D'ETUDIER L'ECOULEMENT D'AIR A TRES HAUTE ENTHALPIE LE LONG DU CORPS DE RENTREE. LA MODELISATION PROPOSEE PREND EN COMPTE LES EFFETS DE NON-EQUILIBRE VIBRATIONNEL ET CHIMIQUE ET PROPOSE UNE METHODE ORIGINALE DE COUPLAGE. TROIS ETUDES NUMERIQUES SONT ENSUITE PRESENTEES ET CONCERNENT: 1) LES ONDES DE CHOC DROITES MONODIMENSIONNELLES; 2) LES TUYERES BIDIMENSIONNELLES; 3) LES OBSTACLES BIDIMENSIONNELS. CES DIFFERENTES SITUATIONS METTENT EN EVIDENCE L'INFLUENCE DE LA PRISE EN COMPTE DES EFFET DE NON-EQUILIBRE SUR LES GRANDEURS MACROSCOPIQUES DE L'ECOULEMENT. LA METHODE NUMERIQUE UTILISEE POUR LES CALCULS BIDIMENSIONNELS EST DE TYPE VOLUMES-FINIS, ON UTILISE UNE DECOMPOSITION EN FLUX DE VAN-LEER. ON UTILISE UNE METHODE DE SOUS-RELAXATION POUR TRAITER LES TERMES DE PRODUCTION D'ESPECES.