INTRODUCTION A LA DYNAMIQUE DES GAZ REACTIFS 3e ED (3° Éd.)

Les écoulements gazeux à haute enthalpie, associant grandes vitesses et températures élevées, sont le siège de processus physico-chimiques (excitation vibrationnelle, dis¬sociation, ionisation, réactions diverses?) dont les temps caractéristiques sont du même ordre de grandeur que les temps caractéristiques aérodynamiques : il en résulte que ces milieux réactifs sont généralement hors d?équilibre thermodynamique et chimique.
Ce livre présente une étude générale introductive de ces milieux en abordant dans une première partie leurs aspects statistiques fondamentaux à partir de la structure discrète de ces milieux et des interactions entre particules élémentaires : les phénomènes de transport, relaxation et cinétique comme leur couplage sont ainsi analysés et illustrés par de nombreux exemples.
La deuxième partie de l?ouvrage est consacrée aux aspects macroscopiques des écoulements réactifs incluant les ondes de choc, les détentes hypersoniques et les couches limites ; enfin sont évoqués les aspects expérimentaux de ces écoulements, leur simulation en tube et soufflerie à choc et leurs applications, notamment aérospatiales.
Cette troisième édition comporte de nouveaux développements concernant les méthodes d?analyse des écoulements réactifs, tant théoriques qu?expérimentaux
Cet ouvrage est destiné aux étudiants et élèves ingénieurs ayant acquis des connaissances de base en thermodynamique, physique statistique et mécanique des fluides. Il doit également intéresser les ingénieurs engagés dans la recherche et l?industrie liées aux applications des écoulements réactifs, notamment dans le domaine aérospatial et, plus généralement, tous les chercheurs tentant de simuler et de calculer des écoulements réactifs complexes.

Introduction

Première partie - Aspects statistiques fondamentaux

Chapitre I. Description statistique et évolution d’un système gazeux réactif
I.1. Introduction
I.2. Description statistique du milieu
I.3. Évolution des systèmes gazeux
I.4. Généralités sur les collisions
I.5. Propriétés du terme collisionnel
Annexe I.1. Éléments d’algèbre tensorielle
Annexe I.2. Éléments de physique moléculaire
Annexe I.3. Compléments sur les collisions

Chapitre II. Régimes collisionnels d’équilibre et de non-équilibre
II.1. Introduction
II.2. Régimes collisionnels. Généralités
II.3. Gaz purs. Régimes d’équilibre
II.4. Gaz purs diatomiques. Régime de non-équilibre général
II.5. Gaz purs diatomiques. Régimes de non-équilibre particuliers
II.6. Mélanges de gaz. Régimes d’équilibre
II.7. Mélanges de gaz  diatomiques hors d’équilibre vibrationnel
II.8. Mélanges de gaz réactifs
Annexe II.1. Le théorème H
Annexe II.2. Propriétés de la distribution maxwellienne
Annexe II.3. Modèles d’énergies internes
Annexe II.4. Équation générale de relaxation vibrationnelle
Annexe II.5. Équations de relaxation vibrationnelle particulières
Annexe II.6. Propriétés des intégrales euleriennes

Chapitre III. Transport et relaxation en régime de quasi-équilibre : Généralités. Gaz purs
III.1. Introduction
III.2. Développement en série de la fonction de distribution
III.3. Recherche des solutions
Annexe III.1. Bases orthogonales
Annexe III.2. Systèmes d’équations pour les coefficients a, b, d
Annexe III.3. Expressions des intégrales collisionnelles
Annexe III.4. Influence du modèle de collision sur les termes de transport
Annexe III.5. Linéarisation de l’équation de relaxation
Annexe III.6. Déséquilibre vibrationnel par niveau

Chapitre IV. Transport et relaxation en régime de quasi-équilibre : Mélanges de gaz
IV.1. Introduction IV.2. Mélanges de gaz à collisions élastiques
IV.3. Mélanges binaires de gaz diatomiques
IV.4. Mélanges de gaz réactifs
Annexe IV.1. Systèmes d’équations pour les coefficients a, b, l, d
Annexe IV.2. Intégrales collisionnelles et simplifications
Annexe IV.3. Coefficients de transport simplifiés
Annexe IV.4. Une méthode alternative : la méthode Gross-Jackson
Annexe IV.5. Autre méthode alternative : la méthode des moments

Chapitre V. Transport et relaxation en régime de non-équilibre
V.1. Introduction
V.2. Gaz hors d’équilibre vibrationnel. Cas SNE
V.3. Mélanges de gaz réactifs. Cas (SNE)
Annexe V.1. Gaz purs hors d’équilibre vibrationnel
Annexe V.2. Équation de relaxation vibrationnelle à l’ordre un
Annexe V.3. Mélanges de gaz hors d’équilibre vibrationnel
Annexe V.4. Expressions des coefficients g et de la pression de relaxation
Annexe V.5. Interaction vibration-dissociation-recombinaison

Chapitre VI. Méthode Chapman-Enskog généralisée
VI.1. Introduction
VI.2. Méthode générale
VI.3. Écoulement de gaz pur avec excitation  vibrationnelle
VI.4. Extension aux mélanges de gaz hors d’équilibre vibrationnel
VI.5. Gaz réactifs
VI.6. Conclusions sur les écoulements hors d’équilibre
Annexe VI.1. Gaz purs avec excitation vibrationnelle
Annexe VI.2. Termes de transport en milieu non dissocié
Annexe VI.3. Exemple de non-équilibre particulier.
Annexe VI.4. Une méthode simplifiée : la méthode B.G.K.
Annexe VI.5. Conditions aux limites pour l’équation de Boltzmann
Annexe VI.6. Régime moléculaire libre
Annexe VI.7. Méthode de simulation directe D.S.M.C.
Annexe VI.8. Régimes d’écoulements hypersoniques

Deuxième partie - Aspects macroscopiques et applications

Chapitre VII. Aspects généraux des écoulements gazeux
VII.1. Introduction VII.2. Équations générales. Récapitulation et aspects macroscopiques
VII.3. Adimensionnement et aspects physiques des équations générales
VII.4. Écoulements généraux caractéristiques
Annexe VII.1. Équations générales. Récapitulation
Annexe VII.2. Flux de chaleur instationnaire à une interface gaz-solide
Annexe VII.3. Sur les interfaces gaz-liquide
Annexe VII.4. Analyse dimensionnelle
Annexe VII.5. Compléments sur les bilans globaux
Annexe VII.6. Éléments de magnétohydrodynamique

Chapitre VIII. Éléments de dynamique des gaz
VIII.1. Introduction
VIII.2. Modèle du gaz idéal. Conséquences
VIII.3. Écoulements isentropiques
VIII.4. Ondes de choc et discontinuités dans les écoulements
VIII.5. Écoulements dissipatifs
Annexe VIII.1. Méthode des caractéristiques
Annexe VIII.2. Généralités sur les tuyères supersoniques
Annexe VIII.3. Ondes de choc. Configuration et cinématique
Annexe VIII.4. Compléments sur la couche limite
Annexe VIII.5. Cas typiques simples de couche limite
Annexe VIII.6. La couche limite turbulente
Annexe VIII.7. Décollement et traînée en magnétohydrodynamique

Chapitre IX. Écoulements réactifs
IX.1. Introduction
IX.2. Généralités sur les réactions
IX.3. Écoulements en équilibre IX.4. Écoulements hors d’équilibre
IX.5. Cas typiques d’écoulements euleriens hors d’équilibre
Annexe IX.1. Évolution des populations vibrationnelles à l’aval d’une onde de choc
Annexe IX.2. Compléments sur la chimie de l’air à haute température
Annexe IX.3. Compléments sur les constantes de vitesse de réaction
Annexe IX.4. Compléments sur les écoulements en tuyère

Chapitre X. Écoulements réactifs en régime dissipatif
X.1. Introduction
X.2. Couches limites à l'équilibre chimique
X.3. Couches limites hors d’équilibre vibrationnel
X.4. Écoulements bidimensionnels
Annexe X.1. Catalycité en régime de non-équilibre vibrationnel
Annexe X.2. Relations de Rankine-Hugoniot généralisées
Annexe X.3. Compléments sur la couche limite instationnaire
Annexe X.4. Compléments sur les lasers gazodynamiques  
Annexe X.5. Compléments sur le transport en régime de non-équilibre
Annexe X.6. Méthode de résolution des équations de Navier-Stokes

Chapitre XI. Moyens d’essai et méthodes expérimentales
XI.1. Introduction
XI.2. Le tube à choc
XI.3. La soufflerie hypersonique
Annexe XI.1. Expériences en vol réel
Annexe XI.2. Durée d’écoulement optimum en tube à choc
Annexe XI.3. Mesures de flux de chaleur en tube à choc
Annexe XI.4. Interactions choc-interface
Annexe XI.5. Fonctionnement d’une soufflerie hypersonique à piston libre
Annexe XI.6. Effet de source en écoulement hypersonique

Chapitre XII. Relaxation et cinétique en tube et soufflerie à choc
XII.1. Introduction
XII.2. Relaxation vibrationnelle
XII.3. Cinétique chimique
Annexe XII.1. Compléments sur l’émission IR
Annexe XII.2. Modèles de temps de relaxation de vibration
Annexe XII.3. Simulation de spectres d’émission
Annexe XII.4. Rayonnement précurseur en tube à choc
Annexe XII.5. Exemples de modèles cinétiques

Bibliographie
Table des matières
Index