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Communication Dans Un Congrès Année : 2002

Two-layer modeling for droplet vaporization with internal thermal exchanges

MODÈLE À DEUX COUCHES POUR L'ÉVAPORATION DES GOUTTES AVEC ÉCHANGES THERMIQUES INTERNES

Roger Prud'Homme

Résumé

L’évaporation et la combustion de gouttes est un problème clef pour les propulseurs à propergols liquides. Les gouttes sont extrêmement fines (quelques µm) et, de ce fait, difficilement observables. Au sol, avec des gouttes plus grosses, se prêtant mieux à l’étude expérimentale (de taille millimétrique), la symétrie sphérique est rompue sous l’effet de la gravité, et la modélisation devient alors beaucoup plus complexe. C’est pour cette raison que l’expérimentation en microgravité s’impose. La modélisation analytique et numérique se doivent alors d’accompagner les études expérimentales. C’est ce qui s’est réalisé pour les problème classiques de l’évaporation et de la combustion quasi-stationnaires d’une goutte sphérique en atmosphère au repos à l’infini (Godsave, 1953; Spalding, 1953). L’hypothèse quasi-stationnaire (qui ne concerne que la phase gazeuse) peut s’étendre au cas de la vaporisation de gouttes en présence ou non d’un écoulement extérieur, avec échanges de masse, de quantité de mouvement et de chaleur entre la goutte et l’écoulement extérieur (Abramzon et Sirignano, 1989). Les équations de la phase gazeuse sont alors modifiées pour tenir compte de ces échanges. En ce qui concerne les échanges de chaleur internes à la goutte, on peut, moyennant certaines hypothèses, se ramener au cas de la symétrie sphérique : on suppose que la goutte la goutte garde sa forme sphérique, y compris en présence d’écoulement externe, la conduction thermique est infiniment rapide dans la goutte, ou alors l’effet des tourbillons internes au liquide est modélisé par un coefficient de conduction effectif. Avec le chauffage de la goutte, le flux de chaleur entre le gaz et la goutte liquide ne sert pas qu’à l’évaporation, et il faut écrire de nouvelles équations (Prud’homme & Habiballah, 2001). Dans les cas de conduction thermique infiniment rapide, le problème est relativement aisé à formuler et des méthodes simplifiées existent pour le résoudre (Chin et Lefebvre, 1985). Mais la résolution analytique reste difficile en présence d’un coefficient de conduction thermique fini en phase liquide. C’est ce qui a motivé la mise au point d’un modèle discret de goutte, à deux couches de température uniforme. Dans ce travail, les équations du modèle à deux couches sont établies, en présence de chauffage et d’évaporation simultanés de la goutte. Elles sont résolues analytiquement dans un cas particulier de régime transitoire. Abramzon, B. & Sirignano, W. A. Int. J. Heat Mass Transfer, 32, Nº 9, 1605-1618, 1989. Chin, J. S. & Lefebvre A. H. Int. J. Turbo Jet Engines, 2, 315-325, 1985. Godsave, G.A.E. Fourth Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, 818-830, 1953. Prud ‘homme, R. et Habiballah, M. Rapport Technique ONERA N° RT 1/05 424, 2001. Spalding, D. B. Fourth Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, 847-864,1953.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-02155269 , version 1 (13-06-2019)

Identifiants

  • HAL Id : hal-02155269 , version 1

Citer

Roger Prud'Homme. MODÈLE À DEUX COUCHES POUR L'ÉVAPORATION DES GOUTTES AVEC ÉCHANGES THERMIQUES INTERNES. WORKSHOP ON COMBUSTION IN MICROGRAVITY ENVIRONMENT - REUNION DU GDR 2258 CNES/CNRS : PRESENTATION DES TRAVAUX EN COURS SUR LA COMBUSTION SOUS GRAVITE REDUITE – 16/10/2002 - LCD/CNRS/ENSMA Chasseneuil Futuroscope France, Oct 2002, Chasseneuil Futuroscope, France. ⟨hal-02155269⟩
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