Suivi du remplissage en ergols du dôme d’un moteur-fusée développé par la SNECMA

Bureau d’études industrielles énergétique et procédés

Romain Bouloc (3HY ENGT)

Jean Dassé (3HY MFN)

 

Résumé de l'étude

L’objectif de cette étude est l’amélioration de la compréhension des phénomènes complexes apparaissant lors du remplissage en ergols (oxygène et hydrogène liquide) du dôme d’un moteur fusée SNECMA.

Le comportement physique global de cette opération de remplissage, en particulier le changement de phase apparaissant du fait de l’ouverture brutale de la vanne d’arrivée des ergols sera analysé pour être reproduit par un phénomène de cavitation pouvant être modélisé par le code CFD Fluent. Ce phénomène de changement de phase est dû à la différence importante de pression entre l’amont et l’aval de cette vanne dans des conditions spatiales de microgravité. Les résultats seront comparés avec ceux obtenus par un étudiant ayant utilisé un modèle diphasique qui sera modifié pour décrire au mieux la physique du phénomène.

Déroulement de l'étude

  

Implémentation numérique

grid_convergentgrid-convergent-divergent grid-convergent-divergenta-sn2

 

Densité

Viscosité

Pression de vapeur saturante

Tension de surface

 

(kg/m3)

(Pa/s)

(bars)

(N/m)

H2 liquide

64,5

9,36 10-6

3,2818

1,21 10-3

H2 gazeux

1

1,39 10-6

 

 

Résultats

 1.  Convergent simple : cavitation

    

  2.  Convergent-divergent : problèmes de recirculation, instabilité du front de cavitation

  3.  Convergent-divergent avec injecteurs en sortie du domaine : idem

 

Conclusion

Notre démarche pour démarrer cette étude a été de partir d’un cas très simple (convergent) afin de comprendre la modélisation des écoulements diphasiques utilisée dans Fluent. Après des résultats encourageants, une géométrie plus proche des conditions réelles (géométrie donnée par SNECMA) a été mise en œuvre. Des problèmes sont apparus dans cette configuration (recirculation, instabilités) peut-être dus aux conditions limites. Pour vérifier cette hypothèse et tendre vers les conditions réelles de remplissage, des injecteurs ont été introduit dans le domaine. Un premier résultat nous amène vers une conclusion assez pessimiste quant à l’utilisation de fluent pour modéliser ce phénomène.

Il serait maintenant judicieux de se diriger vers le code Neptune développé par EDF pour lequel  des résultats existent dans des conditions proches de notre étude.