Development of combustion modelling within Lattice Boltzmann framework

Modélisation de la combustion dans le cadre des méthodes de Boltzmann sur réseau La simulation numérique des écoulements (CFD) est devenue incontournable dans l'industrie, où des simulations sont réalisées en permanence afin d'améliorer les concepts et produits. Dans le domaine de l'aérodynamique externe, un changement de paradigme s'est récemment opéré, depuis des méthodes de résolution des équations de Navier-Stokes vers les méthodes Lattice-Boltzmann (LB). Ce changement avait une motivation économique forte, les solveurs LB étant en général 5 à 10 fois plus rapides. Malheureusement pour la communauté de la combustion, celui-ci était basé sur l'hypothèse d'un écoulement isotherme, le rendant inadapté aux écoulements réactifs. L'objectif de cette thèse est de lever cette limitation et de proposer une méthode LB capable de traiter les écoulements réactifs. La méthode proposée dans ce manuscrit couple un solveur LB classique, pour la résolution des conservations de masse et de quantité de mouvement, avec un solveur aux différences finies classiques, pour la résolution de la conservation des espèces chimiques et de l'énergie. Le couplage entre ces deux solveurs est la clé de voûte de la méthode, assurant le bon lien entre pression, densité et température via la loi des gaz parfaits. Une grande variété de validations sont ensuite présentées, allant de flammes canoniques 1D et 2D (en prémélange et en diffusion) jusqu'à un brûleur expérimental 3D de 1.5m. La précision de la méthode est démontrée sur tous ces cas classiques, mais également sur des cas plus complexes, telles que des cas d'instabilités. Enfin, un benchmark DNS est présenté, montrant que le gain obtenu pour les écoulements isothermes est également transposable aux écoulements réactifs