Le processus de dégivrage au sol des aéronefs est obligatoire pour le décollage de tout aéronef dans des conditions givrantes. Au début, les avions étaient dégivrés par une opération purement mécanique. Depuis les années 1950, l’industrie s’est tournée vers l’utilisation de solutions de dégivrage. De nos jours, le processus est bien encadré par les normes mondiales internationales d’antigivrage et de dégivrage de la Society of Automotive Engineers (SAE). Cependant, plusieurs valeurs de paramètres du processus ne sont pas définies, ce qui rend l’efficacité du processus dépendante du niveau d’expertise de l’opérateur. Cette recherche propose des méthodes numériques permettant l’utilisation de la mécanique des fluides numériques (MFN) pour la simulation du procédé de dégivrage au sol des aéronefs. Ces méthodes numériques ont été implémentées dans un code MFN et ont été vérifiées. Ce travail est présenté sous la forme d’une thèse par article. Les méthodes numériques sont publiées à travers trois articles de journaux et ont servi à concevoir le code MFN. Le premier article présente un modèle eulérien-lagrangien de dégivrage au sol des aéronefs qui évite le problème de dispersion d’échelle causé par la distance considérable entre la buse de pulvérisation et la surface à dégivrer. Les vérifications sont effectuées à l’aide d’un cas test d’un jet de liquide chaud à particules impactant une plaque plane horizontale. La répartition de la chaleur calculée à la paroi est vérifiée. Enfin, une étude de l’angle d’inclinaison du jet est présentée. Le deuxième article se concentre sur la région au voisinage de la glace où il propose une méthode MFN pour simuler l’interaction entre la glace et le liquide de dégivrage chaud. Une approche d’écoulement diphasique particulaire est utilisée pour modéliser l’impact de la pulvérisation sur la glace près de la surface contaminée. La fonte du givre est modélisée à l’aide d’une version étendue de la technique enthalpie-porosité développée durant cette thèse. L’eau résultant du processus de fusion est diffusée dans le liquide de dégivrage formant un film monophasique. Cet article présente un nouveau modèle du processus. Le modèle est vérifié et validé en trois étapes : (i) vérification du transport de l’espèce, (ii) validation du champ de température transitoire d’un mélange, (iii) validation du transfert de chaleur par convection d’un jet incident. Le coefficient de perméabilité de la technique enthalpie-porosité est ensuite calibré. Le modèle proposé s’est avéré être un bon candidat pour une étude paramétrique du processus de dégivrage au sol des aéronefs. Le troisième article est une combinaison des deux premiers. Il présente une méthode MFN pour simuler en trois dimensions le procédé. La méthode comprend un modèle multi-régions où une méthode lagrangienne résout les équations du jet et la technique enthalpie-porosité étendue simule la fonte du givre avec une méthode eulérienne. L’approche multi-région est vérifiée dans cet article par un test de pénétration de la pointe de pulvérisation (STP). La STP prédite par le modèle multi-région concorde à 99 % avec la STP prédit par un modèle lagrangien. Par conséquent, l’approche multi-région transfère correctement la quantité de mouvement des particules entre les deux régions. Les trois articles ont abouti à un code MFN spécialement conçu et vérifié pour simuler le procédé de dégivrage au sol des aéronefs. Des scénarios de dégivrage optimaux peuvent être définis en étudiant numériquement l’effet des paramètres de pulvérisation sur l’efficacité du dégivrage. Ce code pourrait servir également à concevoir un simulateur pour la formation des agents.
Keywords:
dégivrage au sol des aéronefs; jet impactant; fusion de givre; MFN; vérification et validation (V&V); modèle eulérien-lagrangien à deux régions; écoulements particulaires diphasiques; technique d’enthalpie-porosité étendue; transfert de chaleur; diffusion des espèces; paramètres de pulvérisation