Modélisation du transfert radiatif développée à l'ONERA pour les simulations numériques d'écoulements réactifs

Dans certaines applications aéronautiques ou spatiales, telles que la prédiction des émissions polluantes ou de la durée de vie des chambres de combustion, le dimensionnement des protections thermiques ou l'allumage des moteurs à propergol solide, le dimensionnement des boucliers thermiques des véhicules rentrant dans l'atmosphère, il est nécessaire de prendre en compte les transferts radiatifs dans les simulations numériques. Dans les différentes configurations évoquées ci-dessus, le milieu est généralement constitué de gaz (produits de combustion ou plasma) et de particules (suie, gouttes d'alumine ou d'eau). Comme l'utilisation de l'approche raie-par-raie reste pour l'instant inenvisageable dans les configurations industrielles, les propriétés radiatives de ces milieux sont approximés à l'aide de modèles de bande. Pour les propriétés radiatives des gaz, ces modèles sont formulés soit en terme de coefficient d'absorption, soit en terme de transmittivité. En fonction de la formulation du modèle le plus approprié pour l'application considérée, l'Equation du Transfert Radiatif (ETR) sous forme intégrale ou différentielle doit être résolue. Etant donné que toutes les méthodes numériques ne sont pas adaptées pour résoudre les deux formes de l'ETR, deux méthodes numériques ont été développées à l'ONERA : la Méthode des Ordonnées Discrètes (MOD) et la méthode de Monte Carlo. Dans cet article, les relations fondamentales du rayonnement thermique sont d'abord rappelées. Ensuite, les deux méthodes numériques et tous les modèles de propriétés radiatives, des gaz et des particules, utilisés à l'ONERA pour résoudre l'ETR sont décrits. Enfin, quelques exemples d'applications typiques étudiées à l'ONERA avec les codes ASTRE (Monte Carlo) et REA (MOD) sont présentés brièvement.