Large-eddy simulation of an air-assisted liquid jet under a high-frequency transverse acoustic forcing
Simulation aux grandes échelles d'un jet liquide atomisé par un écoulement co-courant gazeux sous excitation acoustique transverse de haute fréquence
Résumé
The present contribution falls in the scope of high-frequency combustion instabilities occurring in liquid rocket engines. Under subcritical operating conditions, numerical simulations have to render the effects of acoustic waves on the atomisation of liquid jets since these may impact the stability of the engine. Therefore, the present contribution aims at evaluating the ability of a particular numerical strategy adapted to the simulation of two-phase flows to render these interaction mechanisms. The selected strategy is based on the coupling between a diffuse interface method for the simulation of large liquid structures, and a kinetic-based Eulerian model for the description of droplets. The numerical simulation of an air-assisted liquid jet submitted to a transverse acoustic modulation is performed. The flattening of the liquid core under acoustic constraints is retrieved and induces an intensification of its stripping. In addition, thanks to appropriate coupling source terms, the modification of the spray shape as well as periodic oscillations of droplets are retrieved. The numerical strategy is thus proved to be adapted to deal with atomised liquid jets under transverse acoustic modulation and can be used for future numerical studies of high-frequency combustion instabilities.
La présente contribution s'inscrit dans le cadre des instabilités de combustion à haute fréquence survenant dans les moteurs à ergols liquides. Dans des conditions de fonctionnement subcritique, il est essentiel que les simulations numériques puissent rendre compte des effets des ondes acoustiques sur l'atomisation des jets liquides, car celles-ci peuvent affecter la stabilité du moteur. La présente contribution vise donc à évaluer la capacité d'une stratégie numérique particulière adaptée à la simulation des écoulements diphasiques à restituer ces mécanismes d'interaction. La stratégie retenue repose sur le couplage entre une méthode d'interface diffuse pour la simulation des grandes structures liquides et un modèle cinétique eulérien pour la description des gouttes. La simulation numérique d'un jet liquide non réactif assisté par un écoulement d'air soumis à une modulation acoustique transverse est réalisée. L'aplatissement du cœur liquide sous les contraintes acoustiques est retrouvé et induit une intensification de son atomisation. Le spray ainsi créé subit une modification drastique de sa forme restituée grâce à un terme source de couplage approprié. De plus, les oscillations périodiques des gouttes sont retrouvées. Il est donc montré que la stratégie numérique est adaptée pour traiter les jets liquides atomisés sous modulation acoustique transverse et peut être utilisée pour de futures études numériques des instabilités de combustion de haute fréquence.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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