"2006" . "Experiments and numerical simulations of interactions between transverse acoustic and cryogenic flames" . . . "The general objective of this research is to contribute to the understanding of fundamental mechanisms leading to high frequency instabilities in liquid rocket engines. The process involves a tight coupling between combustion and transverse acoustic modes of the thrust chamber. This problem is investigated with a combination of experimental, numerical and modeling tools. Experiments are carried out on a model scale combustor comprising multiple coaxial injection units placed in a row and fed with liquid oxygen and gaseous methane. This experiment recreates some of the conditions prevailing in liquid rocket engines. The combustor was designed to allow a clear separation between the longitudinal and tranverse resonant modes. It is equipped with large windows providing optical access to the flames and with pressure transducers detecting fluctuations of this quantity in the chamber and in the propellant injection manifold. A toothed wheel modulator is used to periodically block an auxiliary nozzle and inject acoustic perturbations in the system. Digital imaging techniques are used to examine the flame dynamics. Systematic hot fire tests have been carried out at low (0.9 MPa), intermediate (3 MPa) and high pressure (6 MPa) to determine conditions where the flame is the most receptive to transverse acoustic modulations. A remarkable level of response was observed in the low pressure experiments. The level of oscillation was in that case around 8 % of the mean pressure. The flame is strongly modified when the coupling takes place with the first transverse mode of the cavity, its spreading rate is augmented and its luminosity is increased. An intriguing reduction of the axial convection velocity is also observed with the high speed camera. Phase relations established between the pressure perturbations and the heat release in the chamber indicate that these two quantities feature similar spatial distributions. The intermediate pressure experiments carried out with a new injection head comprising 5 injectors at a higher rate of heat release indicate that the sharpness of resonance is reduced and that this can be attributed to a more intense level of temperature fluctuations in the system. Cold flow experiments were also carried out to examine the motion of injected streams of liquid oxygen and gaseous nitrogen when they are submitted to a resonant transverse acoustic excitation. These experiments are complemented with numerical calculations carried out in the large eddy simulation (LES) framework. LES is used to examine the motion of multiple cold jets submitted to a transverse modulation. The oscillation induces a collective motion and mixing is intensified. A model is developed to represent the filtered rate of burning allowing a description of nonpremixed flames controlling cryogenic combustion. Initial calculations are carried out in a realistic multiple injector configuration fed with gaseous reactants. Two problems are envisaged on the modeling level. The first aims at describing how heat release fluctuations can be generated by tranverse velocity perturbations. An expression is devised which depends on the transverse velocity perturbation and on the sign of its gradient and its consequences are investigated. It is shown in particular that the model retrieves the pattern of heat release observed in some early experiments. The second model deals with the influence of temperature fluctuations on the resonance characteristics of a system. Direct simulation and analysis based on the method of averaging indicates that the response amplitude and the resonance sharpness are diminished in the presence of fluctuations, a phenomenon which seems to have been overlooked in the past but may have practical consequences. The knowledge gathered in these studies is intended to provide guidelines for further developments of computational tools aimed at the prediction of instabilities. It can also serve to develop design methods which would avoid the phenomenon." . . . . . . "Text" . . "Cryotechnique" . . "Flamme" . "Exp\u00E9rimentations et simulations num\u00E9riques des interactions entre modes acoustiques transverses et flammes cryotechniques" . "Exp\u00E9rimentations et simulations num\u00E9riques des interactions entre modes acoustiques transverses et flammes cryotechniques" . . "Moteurs-fus\u00E9es" . . . "L'objectif g\u00E9n\u00E9ral de cette recherche est de contribuer \u00E0 la compr\u00E9hension des m\u00E9canismes fondamentaux conduisant \u00E0 des instabilit\u00E9s de combustion dans les moteurs fus\u00E9es \u00E0 propulsion liquides.Le processus implique un couplage fort entre la combustion et les modes acoustiques transverses de la chambre. Le probl\u00E8me est analys\u00E9 au moyen d'une combinaison d'outils exp\u00E9rimentaux, num\u00E9riques et de mod\u00E9lisation. Les exp\u00E9riences sont r\u00E9alis\u00E9es sur une chambre \u00E9quip\u00E9e de plusieurs injecteurs coaxiaux plac\u00E9s en ligne et aliment\u00E9s en oxyg\u00E8ne liquide et m\u00E9thane gazeux. On recr\u00E9e ainsi au moins partiellement les conditions qui pr\u00E9valent dans les moteurs fus\u00E9es.Le syst\u00E8me a \u00E9t\u00E9 con\u00E7u pour permettre une nette s\u00E9paration entre les fr\u00E9quences des modes longitudinaux et transverses. Le foyer est \u00E9quip\u00E9 de hublots donnant un acc\u00E8s optique \u00E0 la zone de flamme et de capteurs de pression d\u00E9tectant les fluctuations de cette variable dans la chambre et dans le circuit d'alimentation en ergols. Un modulateur comportant une roue dent\u00E9e tournant \u00E0 grande vitesse et bloquant de fa\u00E7on p\u00E9riodique une tuy\u00E8re auxiliaire permet d'injecter des perturbations acoustiques dans le syst\u00E8me.Des m\u00E9thodes d'imagerie num\u00E9rique sont utilis\u00E9es pour examiner la dynamique des flammes. Des essais syst\u00E8matiques ont \u00E9t\u00E9 r\u00E9alis\u00E9s \u00E0 basse (0.9 MPa), moyenne (3 MPa) et haute pression (6 MPa) pour d\u00E9terminer les conditions dans lesquelles la flamme est la plus sensible aux modulations acoustiques transverses. Un niveau de r\u00E9ponse remarquable a \u00E9t\u00E9 observ\u00E9 dans les exp\u00E9riences \u00E0 basse pression. Le niveau d'oscillation \u00E9tait dans ce cas de 8\\% de la pression moyenne. La flamme est fortement modifi\u00E9e lorsque le couplage est r\u00E9alis\u00E9 avec le premier mode acoustique transverse, son taux d'expansion est augment\u00E9 et la luminosit\u00E9 s'accro\u00EEt sensiblement. La vitesse de convection des structures \u00E9missives observ\u00E9es par cam\u00E9ra rapide montre une r\u00E9duction assez surprenante. Les relations de phase \u00E9tablies entre les preturbations de pression et de d\u00E9gagement de chaleur dans la chambre montrent que ces deux quantit\u00E9s sont caract\u00E9ris\u00E9es par des distributions spatiales assez semblables. Les essais \u00E0 pression interm\u00E9diaire r\u00E9alis\u00E9s avec un nouveau dispositif comportant 5 injecteurs induisant un d\u00E9gagement de chaleur plus important montrent que la r\u00E9sonance est moins marqu\u00E9e, un ph\u00E9nom\u00E8ne qui est li\u00E9 \u00E0 un niveau de fluctuations de temp\u00E9rature plus \u00E9l\u00E9v\u00E9 dans les nouvelles conditions de ces essais. Des exp\u00E9riences sont men\u00E9es \u00E0 froid par injection d'oxyg\u00E8ne liquide et d'azote gazeux pour examiner le mouvement induit par une excitation acoustique transverse. Ces exp\u00E9riences sont compl\u00E9t\u00E9es par des calculs num\u00E9riques r\u00E9alis\u00E9s dans le cadre des simulations aux grandes \u00E9chelles (SGE). Ces m\u00E9thodes sont utilis\u00E9es pour analyser le mouvement de jets coaxiaux en pr\u00E9sence d'une modulation acoustique transverse impos\u00E9e dans le domaine de calcul. L'oscillation induit un mouvement collectif et le m\u00E9lange est intensifi\u00E9.Un mod\u00E8le est d\u00E9velopp\u00E9 pour le taux de r\u00E9action filtr\u00E9 permettant une description des flammes non pr\u00E9m\u00E9lang\u00E9es contr\u00F4lant la combustion cryotechnique. Des calculs initiaux sont effectu\u00E9s dans une configuration r\u00E9aliste d'injecteurs multiples, aliment\u00E9s en ergols gazeux. Deux probl\u00E8mes sont envisag\u00E9s au niveau de la mod\u00E9lisation. Le premier traite de la relation entre les fluctuations de d\u00E9gagement de chaleur et les perturbations de vitesse transverses. Une expression est propos\u00E9e qui d\u00E9pend de ces perturbations et du signe du gradient de vitesse transverse. Les cons\u00E9quences de ce mod\u00E8le sont examin\u00E9es et il est notamment montr\u00E9 que l'on peut retrouver la structure du d\u00E9gagement de chaleur observ\u00E9e dans des travaux ant\u00E9rieurs. Le second mod\u00E8le traite de l'influence de fluctuations de temp\u00E9rature sur les caract\u00E9ristiques de r\u00E9sonance d'un syst\u00E8me. La simulation directe et une analyse fond\u00E9e sur la m\u00E9thode des moyennes indique que l'amplitude de la r\u00E9sonance et la finesse de la r\u00E9ponse sont diminu\u00E9es en pr\u00E9sence de fluctuations, un ph\u00E9nom\u00E8ne qui semble avoir \u00E9t\u00E9 n\u00E9glig\u00E9 mais qui peut avoir des cons\u00E9quences pratiques.Les connaissances acquises dans ces \u00E9tudes peuvent servir de guide \u00E0 des d\u00E9veloppements de m\u00E9thodes de calcul destin\u00E9es \u00E0 pr\u00E9voir les instabilit\u00E9s. Elles peuvent aussi servir \u00E0 d\u00E9velopper des m\u00E9thodes de conception permettant d'\u00E9viter le ph\u00E9nom\u00E8ne." . . "Th\u00E8ses et \u00E9crits acad\u00E9miques" .