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Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation défense (ASTRID) 2016
Projet SIMUMOPS

SImulations d'écoulements MUltiphasiques en géométries MObiles pour les systèmes de Propulsions innovantS

SIMUMOPS a pour objectif de développer des simulations aux grandes échelles (Large Eddy Simulation – LES) d'écoulements réactifs diphasiques sur des machines massivement parallèles, en géométrie mobile et avec des films liquides sur les parois. Deux applications 'propulsion', novatrices, qui nécessitent le déploiement de méthodologies de calcul allant loin au delà de l'état de l'art, ont été définies: (1) les chambres de combustion à volume constant (CVC) et (2) les déshuileurs, systèmes permettant de récupérer l'huile d'un moteur d'hélicoptère. Ces deux applications sont duales par nature : elles visent à augmenter le rendement des moteurs de 10 à 20 %. Le CVC est un des concepts propulsifs en rupture, envisagés par Safran Tech dans les études des technologies 2040, pouvant théoriquement fournir un tel gain de rendement. La seconde application correspond à un système utilisé aujourd'hui sur les moteurs Turbomeca: le déshuileur limite la consommation d'huile en la recyclant, et son dimensionnement impacte donc le rendement. Toutefois son fonctionnement est mal prédit par les méthodes CFD classiques. Ces deux applications nécessitent des développements physiques et numériques similaires: (1) être capable d'effectuer des LES de haute précision, (2) faire ces LES dans des systèmes comportant des parties mobiles (des soupapes pour le CVC, une centrifugeuse pour le déshuileur), (3) incorporer une description fidèle de la phase liquide (kérosène pour la chambre CVC, huile pour le déshuileur) non seulement niveau de l’atomisation et de la dispersion mais aussi de la formation et de l’évolution des films liquides formés sur les parois qui sont des caractéristiques essentielles des deux applications. L'objectif (1) sera satisfait en s'appuyant sur le code AVBP, un code LES combustion qui est aujourd'hui un des codes de référence au niveau mondial, partagé entre CERFACS, IFPEN et SAFRAN TECH. En outre il existe dans AVBP une méthode de type 'overset-grid' qui permet la simulation de configurations comprenant des parties mobiles. Les objectifs (2) et (3) correspondent au travail proposé dans SIMUMOPS. Un premier travail numérique sera nécessaire pour perfectionner la méthode de résolution utilisée pour traiter les parties mobiles, en particulier sur des architectures informatiques massivement parallèles où le besoin de géométries mobiles rend la parallélisation plus difficile. Un second volet de modélisation physique sera requis pour traiter les films liquides sur les parois ainsi que l'impact des gouttes sur ces films. Un autre aspect transversal à la simulation de tous les moteurs aéronautiques sera étudié dans SIMUMOPS : le passage d'une conception modulaire où chaque composant (compresseur, chambre et turbine) est calculé de façon quasi indépendante à une conception intégrée où deux voir trois de ces composants sont calculés simultanément. Une chambre CVC intégrée dans un moteur est un exemple de ce besoin. En effet, une particularité dans ce cas est que la chambre est pulsée et la pression dans la chambre oscille à chaque cycle : la turbine doit donc fonctionner en régime oscillatoire, ce qui empêche des simulations isolées des deux composants qui doivent être calculés ensemble. Dans SIMUMPOS, une simulation intégrée chambre CVC couplée avec une turbine sera réalisée pour la première fois. Les partenaires de SIMUMOPS réunissent les compétences nécessaires pour le projet. SAFRAN travaille activement dans le développement des technologies innovantes de chambres CVC (plus de 10 brevets ont été déposés entre 2014 et 2016) et a participé à des projets dans lesquels des prototypes de chambre CVC isolée ont été testés (DGA RAPID et chair ANR CAPA). Le CERFACS fournira l'expertise physique et numérique, en particulier dans le domaine HPC. Turbomeca, partenaire industriel du projet, fournira des données expérimentales obtenues sur une configuration de déshuileur afin d’éprouver la qualité des développement réalisés.

Partenaires

 SAFRAN

 SOCIETE CIVILE CERFACS CENTRE EUROPEEN DE RECHERCHE ET DE FORMATION AVANCEE EN CALCUL SCIENTIFIQUE

Aide de l'ANR 273 198 euros
Début et durée du projet scientifique janvier 2017 - 36 mois

 

Programme ANR : Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation défense (ASTRID) 2016

Référence projet : ANR-16-ASTR-0022

Coordinateur du projet :
Monsieur Florent DUCHAINE (SOCIETE CIVILE CERFACS CENTRE EUROPEEN DE RECHERCHE ET DE FORMATION AVANCEE EN CALCUL SCIENTIFIQUE)

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.