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Subject Item

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Modeling radiative transferts in high-enthalpy flows for atmospheric re-entry

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Thèses et écrits académiques Transfert radiatif Aérodynamique hypersonique Chaleur -- Convection

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Modélisation des transferts radiatifs dans des écoulements hyperrenthalpiques de rentrée atmosphérique

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Modélisation des transferts radiatifs dans des écoulements hyperrenthalpiques de rentrée atmosphérique

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skos:note

In order to dimension the heat shield of spacecrafts, it is necessary to predict the heat flux to the surface of the vehicle. For entries in planetary atmospheres, a non-negligible radiative contribution is added to the convective heat flux, due to the radiation of the chemical species of the atmosphere. In the present thesis, we present the development and the implementation of models and numerical tools to predict the flow field and the radiation of gas mixture in the shock layer surrounding a space vehicle, as well as the convective and radiative heat fluxes to its surface. After presenting the equations modeling a hypersonic and dissipative flow and the numerical methods to solve them – as implemented in the aerodynamics code PINENS – we give a line-by-line model for radiation of the carbon dioxide and the chemical species resulting from its dissociation. The proposed radiation model is the basis of the spectral code PASTIS used in the present study. Follows a presentation of the radiative transfer equation, that is numerically solved by means of a ray tracing method. This study is then applied to the entry of a blunt conic space probe into a Mars-type atmosphere composed of pure carbon dioxide. Afin de dimensionner le bouclier thermique des engins spatiaux, il est nécessaire de connaître le flux de chaleur à la surface de l’engin. Pour les entrées dans une atmosphère planétaire, au flux de chaleur convectif peut s’ajouter une contribution radiative non négligeable, dûe au rayonnement des espèces chimiques composant l’atmosphère. Dans cette thèse, nous présentons le développement et la mise en oeuvre de modèles et d’outils numériques pour prédire le champ d’écoulement et le rayonnement du mélange gazeux de la couche de choc entourant un engin spatial, ainsi que les flux de chaleur convectif et radiatif à sa surface. Après une présentation des équations régissant un écoulement hypersonique et dissipatif et des méthodes numériques pour les résoudre – telles qu’implémentées dans le code aérodynamique PINENS – nous donnons une modélisation raie par raie du rayonnement du dioxyde de carbone et des espèces chimiques issues de sa dissociation. La modélisation du rayonnement ainsi proposée est la base du code spectral PASTIS utilisé dans cette étude. S’ensuit une présentation de l’équation de transfert radiatif, qui est résolue numériquement au moyen d’une méthode de lancers de rayons. Cette étude est ensuite appliquée au cas de l’entrée d’une sonde spatiale de forme conique émoussée, dans une atmosphère de type Martienne composée de dioxyde de carbone.

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Text

n8:P1001

n9:T1009

rdaw:P10219

2009

rdau:P60049

n12:1020