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MINISTERE D’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE RECHERCHES SCIENTIFIQUES UNIVERSITE LA

MINISTERE D’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE RECHERCHES SCIENTIFIQUES UNIVERSITE LARBI BEN M’HIDI – OUM EL BOUAGHI DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE Mémoire Pour l’obtention de master en INSTALLATION ENERGETIQUE ET TURBOMACHINE MODELISATION DES ECOULEMENTS TURBULENTS DANS LES MILIEUX POREUX. APPLICATION DANS LES TURBOREACTEURS Présentée par : SALHI KHAWLA Dirigée par : Dr. REMACHE L. Soutenue le 28/06/2018 Année 2017/2018 Dédicace : Du fond cœur, je dédie ce modeste travail à : Mes chers parents, qui m’ont poussé vers le succès. Merci pour votre aide. Vous êtres Toujours les plus importants dans Ma vie. Qu’Allah me les garde Durant toute ma vie. Tous mes Amis de la promotion 2017-2018 ; Tous ceux qui sont proches de mon Cœur et qui M’encouragent à donner le meilleur de Moi même ; Tous mes enseignants du Département génie Mécanique. Remerciement Tout d’abord je tenais à remercier en Premier lieu et avant tous, le bon Dieu de m’avoir aidé et donné la force et la sagesse d’arriver jusqu’a à ce niveau d’études, et de réaliser ce travail dans les meilleures conditions. En second lieu, je tenais à remercier me encadreur L.Ramaiche. Pour son sérieux son compétentes et son orientations. Je tenais également à exprimer ma gratitude envers tous les enseignants de département Je tenais à remercier du fond du cœur ma famille pour leur soutien et leur encouragement sans faille. Je tenais à remercier les membres de jury qui nous ont fait l'honneur de présider et d’examiner ce modeste travail. A toutes les chères je vous dis merci pour tous. SOMMAIRE page INTRODUCTION……………………………………………………………………….....1 CHAPITRE 1: GÉNÉRALITES SUR LES MILIEUX POREUX…………………………....3 1.1 Définition du milieu poreux :……………………………………………………………..3 1.2 Généralités sur les Milieux Poreux :……………………………………………………...3 1.2.1 Porosité :……………………………………………………… ………………..…...3 1.2.2 Perméabilité :………………………………………………… …………………..…4 1.2.3 Tortuosité :………………………………………………………………………...4 1.2.4 Conductivité thermique équivalente :……………………………………………..4 1.2.5 Volume élémentaire représentative [V.E.R] : ………………………………….....4 1.2.6 Modèle d’écoulement en milieu poreux :…………………………………………5 1.2.7 La turbulence :………………………………………………………………….….6 1.2.7.1 Modélisation de la turbulence à l’échelle locale :………………………....6 1.3. Revue bibliographique :………………………………………………………………..….9 CHAPITRE 2: TURBORÉACTEURS DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT 2.1. Définition :……………………………………………………………………………....12 2.2. Historique :…………………………………………………………………………….…12 2.3. Différents types de turboréacteurs :…………………………………………….…....…13 2.3.1. Turboréacteur à compresseur centrifuge :…………………..…….…….…....13 2.3.2. Turboréacteur à compresseur axial :……………………………………………...13 2.3.3. Turboréacteur simple flux mono-corps :………………………………………….14 2.3.4. Turboréacteur Photo Simple Flux :…………………………………………….....14 2.3.5. Turboréacteur simple flux double-corps :...…………………………………...…15 2.3.6. Turboréacteur double flux mélangés :…….……………………………………...15 2.3.7. Turboréacteur avec postcombustion :…………………………………………….16 2.3.8. Turboréacteur photo Adour :…………………………………………………......16 2.3.9. Turboréacteur double flux avec soufflante :………………………………..….....16 2.3.10. Turboréacteur double flux avec grande soufflante :………………………….…16 2.3.11. Turboréacteur PhotoGP7200 :…………… ……………….……………...……18 2.3.12. Nouveaux turboréacteurs :…………… ……………………………………..…18 2.3.13. Turboréacteur photo Propfan :.....................................................................…....18 2.4. Fonctionnement du Turboréacteur :…………………………………………...…………19 2.5. Chambres de combustion des turboréacteurs :…………………………………………...20 2.5.1. Rôle:………………………………………………………………………..……20 2.5.2. Les différentes chambres de combustion : ………………………………...……22 2.6. Les injecteurs carburants :………………………………………………………….…….23 CHAPITRE 3 : FORMALISME ET MISE EN ÉQUATION 3.1. Introduction :……………………………………………………………………………..25 3.2. Problèmes :……………………………………………………………………………….25 3.3. Dessin de la chambre :…………………………………………………………………...26 3.4. Injection du carburant :…………………………………………………………………..27 3.5. Position du problème :…………………………………………………………………..29 3.6. Description du modèle :………………………………………………………………….30 3.6.1. Equation de Navier-stockes : ………………………………………………….30 3.6.2. Application de la moyenne statistique aux équations de Navier-stockes :…….30 3.6.3. Viscosité de turbulence:………………………………………………………..31 3.6.4. Equation de transport :…………………………………………………………32 3.6.5. Modélisation du terme de production :………………………………………...33 3.6.6. Modélisation du terme diffusion turbulente :…………………………………..33 3.6.7. Grandes étapes de la méthode de prise de moyenne : synthèse………………..36 3.7. Calcul numérique :……………………………………………………………………….37 3.8. Discrétisation en maillage structure :…………………………………………………….37 CHAPITRE 4꞉ RESULTATS ET DISCUSSION 4.1. Introduction :………………………………………………………………….….………39 4.2. Interprétation des résultats :………………………………………………………….…39 4.3 Discussion :……………………………………………………………………………….49 CONCLUSION GENERALE :………………………………………………………..50 BIBLIOGRAPHIE Introduction (générale) L’analyse de l’écoulement de fluide au sein des milieux poreux est nécessaire dans diverses applications telles les industries chimiques, mécaniques, nucléaires, géologiques, environnementales, pétrolières, etc. La dimension du pore peut varier de l’ordre de 1°A (ultra- micropores) au cm (aliment) ou un peu large. L’écoulement de stockes dans les milieux poreux est rencontré dans les écoulements d’eau dans les sols, quand à l’écoulement turbulent se trouvent dans différentes applications tels que les échangeurs de chaleur et les réacteurs nucléaires. Due au manque d’informations géométriques pour modéliser chaque pore, de tel système est difficile à simuler, en dépit de la possibilité de le décrire dans une représentation exacte ou une approximation géométrique signifiante, mais, l’effort numérique requis pour résoudre ce problème reste insuffisant, ceci a motivé les recherches de l’approximation des milieux poreux, représentant un système composé de pores, par un autre homogène macroscopique avec des propriétés uniformes malgré l’importance des deux régimes d’écoulements laminaire et turbulent, simultanément, mais un nombre très restreints de modélisations d’écoulement turbulent dans les milieux poreux est établi. La plupart des approches des écoulements turbulents dans les milieux poreux est basé sur le modèle (k-ε) Une région d’espace occupée par un solide et un fluide dans l’approximation des milieux poreux est représentée par <<une région homogène>>.les résultats obtenus en utilisant les modèles sont relevés seulement à l’échelle macroscopique.les quantités fluctuantes d’espace en plus de la décomposition de Reynolds sont ensuite introduites dans la représentation macroscopique. Les modèles de turbulence (de type k-ε) pour les milieux poreux développés au passé différent l’un de l’autre car ils sont basés sur différentes définitions des quantités de turbulence macroscopique tels que l’énergie cinétique turbulente et le taux de dissipation. Par exemple, l’introduction des différentes quantités macroscopiques ou moyennes conduit aux différentes corrélations spatiales (En plus des fluctuations temporelles bien connues trouvées dans les écoulements turbulents dans les milieux continus).malheureusement, les données expérimentales microscopiques relevées sont rares d’où aucune analyse comparative de ces modèles. Est valable avec les résultats prédits par les résultats macroscopiques. Une limitation de ces modèles est qu’une partie seulement de l’énergie cinétique filtrée dans le processus de moyen nage est prise par l’équation de transport. d’où , un modèle libre de cette limitation est désirable. L’approche, utilisée dans ce travail, développant un nouveau modèle pour l’écoulement turbulent dans les milieux poreux, est basée su r la définition des quantités de turbulence et par conséquent leurs équations de transport dans le modèle de turbulence (k-ε), ou les I.E.E.T.M-2018 Page 1 fluctuations temporelles et spatiales ne sont pas spécifiquement distinguées.ces nouvelles définitions des quantités de turbulence conduisent à un modèle ou l’énergie cinétique filtrée dans un processus espace-temps moyenné est modélisée dans l’équation de transport en plus, le modèle résultant est simple. Sa définition conduit à la construction des équations k et ε avec les mêmes termes trouvés dans les équations correspondantes pour l’écoulement continu, plus les termes additionnels résultant de l’interaction entre les parois solides du milieu poreux et le fluide. I.E.E.T.M-2018 Page 2 CHAPITRE 1 GENERALITES ET CONCEPTS DE BASE 1.1 .Définition du milieu poreux : Un milieu poreux est un solide contenant les espaces vides (pores), reliés ou non, dispersé dans lui d'une façon régulière ou aléatoire. Ces pores peuvent contenir une série de fluides tels que l'air, l'eau, le pétrole etc. Si les pores représentent une certaine partie du volume en bloc, on peut former un réseau complexe qui peut porter des fluides. Seulement ces milieux perméables et poreux sont pris en compte en ce volume.[ René Cossé, 1988]. Figure1.1. Représentation d’un milieu poreux 1.2. Généralités sur les Milieux Poreux : Un milieu poreux est un milieu continu, cohésif ou non, qui présente intérieurement une fraction de volume accessible à un fluide. Cette fraction de volume non solide, composée de cavernes, de crevasses, de pores etc. constitue ce que l’on appelle la porosité du milieu poreux. La porosité est évidemment un élément descriptif essentiel du milieu, toutefois, deux milieux poreux présentent la même porosité peuvent avoir des propriétés très différentes. On peut trouver dans un milieu poreux des pores ne débouchant pas (pores aveugle) ou occlus ; un milieu poreux contenant à la fois des pores aveugles et des pores ouverts plus ou moins interconnectés, pourra grâce à ces pores ouverts laisser s’écouler le fluide. Dans la réalité complexe que constitue un milieu poreux, des paramètres comme le diamètre de capillaire ou la porosité, ne constitue que des valeurs globales moyennes, incapables de traduire exactement la topologie complexe de l’écoulement réel à travers le milieu. Dans le cas où les espaces vides sont remplis par une même phase (liquide ou gazeuse), le milieu poreux joue un rôle important dans de nombreux secteurs industriels et phénomènes naturels. I.2.1. Porosité La porosité d’un milieu poreux noté ε*, désigne le rapport du volume des pores sur le volume total du milieu poreux: (1.1) I.E.E.T.M-2018 Page 3 CHAPITRE 1 GENERALITES ET CONCEPTS DE BASE I.2.2. Perméabilité : La perméabilité K d’un milieu poreux dépend de la porosité et de la géométrie de la matrice solide. L’unité de la perméabilité K est le DARCY (1DARCY= perméabilité d’un milieu poreux de 1cm2 de section, 1cm de longueur, soumis à une différence de pression de 1 bar traversé par un fluide dont la vitesse de filtration est 1cm/s, 1DARCY=9,87.10-9 m2). La valeur de la perméabilité est déterminée par la mesure expérimentale, c’est le moyen le plus efficace pour évaluer cette valeur. Plusieurs évaluations ont été proposées donnant la perméabilité en fonction de la géométrie du milieu poreux. I.2.3. Tortuosité : La description de la géométrie des pores fait intervenir la notion de connectivité, correspondant à la complexité d’un chemin uploads/Geographie/ pdf-to-word.pdf