Caractérisation expérimentale de la couche de mélange dans un jet de post-combustion et comparaison aux simulations LES

International audience; Cet article présente les résultats d'une étude expérimentale d'un jet supersonique avec flamme de post-combustion, menée sur le banc MASCOTTE de l'ONERA. La distance d'apparition de la flamme de post-combustion (par auto-allumage) depuis le plan de sortie de la tuyère, et l'épaississement de la couche de mélange réactive ont été mises en évidence par imagerie de fluorescence induite par laser sur le radical OH (PLIF-OH). L'aérodynamique de la couche de mélange a été caractérisée par vélocimétrie par image de particules (PIV). L'ensemble des données de PLIF-OH et PIV ont été obtenues sur deux campagnes d'essais successives. L'emploi de ces deux techniques laser à haute cadence (~4 kHz) dans un jet supersonique avec post-combustion constitue, à la connaissance des auteurs, une première mondiale. Sur l'ensemble des essais menés en conditions réactives, des visualisations de l'émission de OH excité ont été synchronisées avec chacune de ces deux techniques laser, afin de tracer la zone de réaction et de disposer d'une référence de comparaison sur l'ensemble des essais. Si elle permet de mettre en évidence l'intermittence de la flamme, l'observation de séquences d'images instantanées successives obtenues par PLIF-OH montre qu'une cadence d'acquisition de 4 kHz reste insuffisante pour le suivi temporel des fines structures turbulentes dans un tel jet supersonique réactif. En revanche, à une cadence d'acquisition proche, le suivi temporel est possible sur des structures déduites des champs de vitesse obtenus par PIV dans la couche de mélange lorsque l'échelle spatiale de ces structures est suffisamment grande. Les mesures obtenues par PLIF-OH sont en accord avec les visualisations en champ large de l'émission de OH excité réalisées de manière synchrone avec l'imagerie LIF, lors de chaque essai.Les résultats obtenus dans cette étude ont permis de constituer une base de données de mesures de référence sur une flamme de post-combustion de propulseur. Cette base permettra de valider la simulation LES réactive mise en oeuvre pour simuler cette flamme. Les premiers résultats de simulation LES présentés dans cet article utilisent des modèles volontairement simples dans un premier temps, notamment en ce qui concerne la combustion turbulente. Les comparaisons entre ces simulations et les résultats expérimentaux montrent une amélioration par rapport aux simulations RANS, à la fois sur les niveaux de vitesse et sur la longueur de la flamme. Des perfectionnements des méthodes utilisées pour le calcul LES sont envisagés, comme le raffinement du maillage et la mise en place d'un modèle de combustion plus complexe.