Modélisation de jets turbulents supersoniques sous-détendus application aux jets de plasma hors équilibre thermodynamique

Abstract

Cette thèse s'articule autour de deux parties principales. Dans un premier temps une étude numérique sur les jets d'air sous-détendus a été réalisée au moyen du code commercial FLUENT. Ce travail a permis une validation des différents modèles dynamiques, et notamment du modèle de turbulence choisi. En effet, le modèle aux tensions de Reynolds s'est avéré en bon accord avec les mesures disponibles, et a été retenu pour la suite de l'étude.Cette partie s'est également attardée à l'étude du couplage entre la dynamique compressible-turbulence et les transferts d'énergie; il s'agit là d'une originalité du travail car cette voie n'a été que très peu étudiée dans la littérature. La deuxième partie de cette thèse est consacrée à l'élaboration d'un modèle hors équillibre pour un plasma d'argon compressible et à son implantation dans la code FLUENT. Un modèle à deux températures avec une cinétique de ionisation-recombinaison, ainsi que des propriétés physiques basées sur un modèle simplifié de la théorie cinétique ont été implantés. Certains termes, négligés dans des études antérieures, ont été aussi inclus, rendant le modèle plus consistant au sens des écoulements compressibles. Par la suite, les écarts aux équilibres thermique et chimique ont été étudiés pour des jets de plasma sous-détendus et ont révélé quelques inconsistences physiques des modèles LTE. De plus, il est apparu clairement que les déséquilibres thermique et chimique ne doivent pas être systématiquement couplés. Les deux parties essentielles de cette thèse sont présentées sous forme d'articles publiés dans des périodiques avec comité d'évaluation et rédigés en langue anglaise. La première partie sur les jets d'air a fait l'objet d'une publication dans le" American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) Journal" [1], tandis que la seconde partie a été publiée dans le"Journal of Physics D: Applied Physics" [2].