Du contrôle passif au contrôle actif : application à l'oxy-combustion dans des brûleurs à jets séparés PDF Download
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Author: Toufik Boushaki
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ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 240
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Book Description
L'évolution des normes anti-pollution et l'optimisation des performances des chambres de combustion nécessitent le développement de nouveaux types de brrûleurs et l'amélioration des techniques de combustion. Les industriels se tournent vers une nouvelle génération de brûleurs à injection séparée de combustible et de comburant. Le présent travail porte sur le contrôle de flammes gaz naturel-oxygène turbulentes issues des brûleurs à jets séparés alignés. Trois systèmes de contrôle (un passif et deux actifs) ont été développés visant à améliorer les procédés de combustion en assurant la stabilisation de la flamme et la réduction des polluants. L'objet de l'étude est de caractériser les effets du contrôle à l'aide de l'imagerie de l'émission spontanée du radical OH dans les zones initiales et finales des flammes, la Vélocimétrie par Image de Particules (PIV), la tomographie laser, les mesures de flux thermiques dans le four et les émissions de polluants tel que les NOx.
Author: Toufik Boushaki
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 240
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Book Description
L'évolution des normes anti-pollution et l'optimisation des performances des chambres de combustion nécessitent le développement de nouveaux types de brrûleurs et l'amélioration des techniques de combustion. Les industriels se tournent vers une nouvelle génération de brûleurs à injection séparée de combustible et de comburant. Le présent travail porte sur le contrôle de flammes gaz naturel-oxygène turbulentes issues des brûleurs à jets séparés alignés. Trois systèmes de contrôle (un passif et deux actifs) ont été développés visant à améliorer les procédés de combustion en assurant la stabilisation de la flamme et la réduction des polluants. L'objet de l'étude est de caractériser les effets du contrôle à l'aide de l'imagerie de l'émission spontanée du radical OH dans les zones initiales et finales des flammes, la Vélocimétrie par Image de Particules (PIV), la tomographie laser, les mesures de flux thermiques dans le four et les émissions de polluants tel que les NOx.
Author: Vincent Faivre
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 191
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Book Description
Les instabilités de combustion résultent d'un couplage entre le dégagement de chaleur d'une flamme et l'acoustique de la chambre de combustion. Ce phénomène peut engendrer de fortes vibrations, une pollution sonore importante, voire la destruction complète du brûleur. Aussi, de nombreuses études portent actuellement sur le contrôle de ces instabilités. La solution adoptée pour la présente étude consiste à créer un dispositif de contrôle actif (ou actionneur) capable d'avoir un effet fort sur le mélange entre les jets de réactifs et le fluide ambiant. La configuration modèle étudiée ici consiste en un jet d'air (situation non réactive) contrôlé par quatre petits jets auxiliaires tangentiels. Différentes campagnes expérimentales ont conduit à l'optimisation de la géométrie des actionneurs et la configuration qui a été identifiée comme la plus efficace, en termes d'amélioration du mélange en sortie de jet, a fait l'objet de simulations numériques des grandes échelles (LES). L'objectif de la partie numérique de ce travail est double. D'une part, les différentes simulations réalisées autorisent une meilleure compréhension des phénomènes complexes impliqués dans le contrôle. D'autre part, nous montrerons en quoi la LES est un bon outil de prédiction des effets du contrôle sur un écoulement.
Author: Rudibert King
Publisher: Springer
ISBN: 3319981773
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 380
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Book Description
The book reports on the latest theoretical and experimental findings in the field of active flow and combustion control. It covers new developments in actuator technology and sensing, in robust and optimal open- and closed-loop control, as well as in model reduction for control, constant volume combustion and dynamic impingement cooling. The chapters reports oncutting-edge contributions presented during the fourth edition of the Active Flow and Combustion Control conference, held in September 19 to 21, 2018 at the Technische Universität Berlin, in Germany. This conference, as well as the research presented in the book, have been supported by the collaborative research center SFB 1029 on “Substantial efficiency increase in gas turbines through direct use of coupled unsteady combustion and flow dynamics”, funded by the DFG (German Research Foundation). It offers a timely guide for researchers and practitioners in the field of aeronautics, turbomachinery, control and combustion.
Author: Nicolas Robart
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 158
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Book Description
Les instabilités de combustion sont des phénomènes néfastes dans les turbines à gaz. Elles sont la conséquence d'un couplage entre la réaction chimique et l'acoustique de la chambre de combustion. Une voie pour lutter contre ces instabilités est le contrôle actif de la combustion. La spécificité de ce travail vient de la complexité de l'écoulement diphasique étudié. Cet écoulement est produit par un injecteur de turboréacteur de géométrie industrielle qui forme un jet d'air vrillé axisymétrique au centre duquel sont injectées des gouttelettes de carburant. La principale tâche consiste à développer et tester des actionneurs agissant sur le mélange. Les actionneurs utilisés sont basés sur 4 petits jets d'air à haute vitesse et ont été choisis suite à une étude complète des techniques existantes. Des mesures de granulométrie, de vitesse d'air et des visualisations de répartition spatiale des gouttes ont montré l'influence des actionneurs sur le spray. Parmi les actionneurs développés, certains ont été capable de diminuer la taille des gouttes, de modifier la répartition spatiale des gouttes, et de modifier le champ aérodynamique dans l'injecteur. Ces actionneurs ont été associés à une vanne haute fréquence permettant de pulser l'air jusqu'à plus de 400 Hz. Les actionneurs les plus efficaces sur le mélange ont été testés sur un banc expérimental avec combustion. Ils ont permis d'exciter la flamme à des fréquences de l'ordre des fréquences naturellement instables (de 350 à 450 Hz) du brûleur, ce qui laisse envisager la faisabilité du contrôle en boucle fermée à ces fréquences. Une autre voie a été explorée, elle consiste à alimenter les actionneurs en continu et observer si les effets sur le mélange suffisent à modifier la stabilité de la flamme. Cette voie a permis de lutter à certains régimes contre les instabilités, et plus systématiquement contre le "flashback". Améliorer ces résultats nécessite d'utiliser des stratégies de contrôle en boucle fermée.
Author: Luc Salentey
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 251
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Book Description
L’évolution des normes anti-pollution et l’optimisation des performances des chambres de combustion nécessitent le développement de nouveaux types de brûleurs et l’amélioration des techniques de combustion. L’utilisation de l’oxy-combustion dans des brûleurs à jets séparés offre des perspectives intéressantes dans la réduction des NOx et dans la modularité des propriétés des flammes (accrochage, topologie du front de flamme, longueur de flammes). La géométrie complexe de ces brûleurs pose certains problèmes comme le caractère tridimensionnel de l’écoulement, qui peut perturber la stabilité de la combustion car les flammes sont suspendues au-dessus du brûleur. Cette étude expérimentale traite d’une version simplifiée de ce type de brûleur comportant un jet central de gaz naturel entouré de deux injecteurs d’oxygène. Dans un premier temps l’étude des jets non-réactifs a été envisagée afin de comprendre les phénomènes dynamiques et de mélange entre les jets et de fournir une base de données pouvant servir à la validation de code de calcul. L’écoulement réactif, se développant dans un four simulant des conditions réelles d’utilisation, a ensuite été étudié. Les études du champ dynamique à l’aide de la Vélocimétrie Doppler Laser (LDV) et du mélange turbulent par tomographie Laser conditionnelle ont été complétées en combustion par la visualisation de l’émission spontanée du radical OH dans les zones initiales et finales des flammes, ainsi que par la mesure de polluants comme les NOx et les suies. Les mesures réalisées en variant les vitesses d’injection et l’écartement entre les jets ont permis de mettre en évidence l’influence de ces paramètres sur la stabilisation des oxy-flammes, ainsi que sur la modification de la topologie et des caractéristiques des écoulements. La comparaison des mesures effectuées dans l’écoulement non-réactif et dans l’écoulement réactif montre l’influence de l’oxy-combustion sur le développement dynamique et scalaire de ce type de brûleurs.
Author: Cyrille Lesieur
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Languages : fr
Pages :
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Book Description
L'utilisation de l'oxy-combustion dans un brûleur à jets séparés ouvre des possibilités intéressantes de contrôle de la pollution et de modularité des propriétés de la flamme. Cette géométrie complexe peut conduire à des écoulements défavorables à la stabilisation d'oxy-flammes décrochées. Cette étude porte sur le développement d'outils numériques d'aide au dimensionnement de ces oxy-brûleurs à jets séparés. Les différents outils numériques employés et développés sont testés sur une version simplifiée du brûleur à jets séparés composée d'un jet central de gaz naturel entouré de deux injecteurs d'oxygène pur. Dans un premier temps, les caractéristiques aérodynamiques de l'écoulement inerte des différentes configurations du brûleurs sont simulées et comparées à l'expérience. Dans un deuxième temps, les caractéristiques des oxy-flammes laminaires de prémélanges et de diffusion sont étudiées. Dans un dernier temps, les résultats des flammes laminaires sont utilisés au sein d'une base de données pour reproduire le comportement en combustion de ces oxy-brûleur. Cette modélisation est basée sur une partition de la flamme turbulente en une zone partiellement prémélangée et une seconde zone lointaine de diffusion. La transition entre les deux régimes s'effectue dans l'espace de la fraction de mélange à travers une fonction reliée à la variable d'avancement. Les premières comparaisons avec les résultats expérimentaux sont encourageantes.
Author: Olivier Delabroy
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Languages : fr
Pages : 240
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Book Description
Les oxydes d'azote (NOx) ont un impact considérable sur l'environnement. La combustion en est l'une des sources principales. Dans la plupart des configurations réelles, la combustion a lieu dans des écoulements turbulents. L'interaction entre la chimie de formation des NOx et la turbulence est l'une des clés du problème et sera étudiée via le mélange et le champ de taux d'étirement. En s'inspirant de la combustion pulsée, il est possible de provoquer la création de structures à grande échelle dans un écoulement et d'étudier l'influence de ce procédé sur la formation des NOx. La première solution (passive) consiste à générer les tourbillons de manière aérodynamique. Grace à la géométrie lobée de l'injecteur la flamme s'allume en aval en une combustion pauvre, prémélangée donc peu productrice de NOx. L'autre méthode consiste à forcer la création des structures par une source externe. Ce contrôle actif est appliqué avec succès à des bruleurs à fioul. La formation de larges structures dans l'écoulement assure une réduction de 20 à 30% de l'émission de NOx. Des essais sur un bruleur de 900 kw sont effectués avec du fioul enrichi a la pyridine pour simuler un fioul lourd et démontrer l'efficacité du contrôle actif sur le NO du combustible
Author: Marta de la Cruz Garcia
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Languages : fr
Pages : 293
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Book Description
L'utilisation combinée de l'hydrogène avec des hydrocarbures s'avère aujourd'hui comme une solution possible pour la réduction des émissions polluantes ainsi que pour le contrôle des instabilités de combustion. Durant les travaux de cette thèse, un brûleur multi-combustible de géométrie cylindrique a été conçu, fabriqué et optimisé : une flamme de prémélange propane-air d'injection annulaire réagit sous l'action d'un jet central d'hydrogène. Ce jet permet l'injection multidirectionnelle de l'hydrogène : axiale, tournante ou la combinaison des deux. La flamme de prémélange propane-air présente deux types d'instabilités en fonction du débit d'air : à bas débits d'air nous avons observé un couplage thermo-acoustique identique avec le mode quart d'onde de la chambre de combustion ; à hauts débits d'air, l'instabilité paraît être une amplification du bruit du jet. L'effet de l'hydrogène varie alors en fonction du type d'instabilité de la flamme de prémélange. L'injection centrale d'hydrogène a un effet qui dépend du type d'instabilité du brûleur. L'instabilité des bas débits d'air est contrôlée par le swirl central d'hydrogène. En revanche, l'instabilité des hauts débits d'air est amplifiée avec l'injection d'hydrogène et atteint même des limites dangereuses si cette injection est tournante. Le contrôle est fait par la stabilisation de la flamme de prémélange sur le jet tournant d'hydrogène.
Author: Daniel Bernier
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 263
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Book Description
Les instabilités de combustion apparaissent souvent dans les turbines à gaz et engendrent des dommages importants. Le travail mené ici consiste en l'étude du contrôle actif de ces instabilités sur un foyer prémélangé prévaporisé. Une telle étude constitue une étape de base pour l'application du contrôle actif dans les turbines à gaz. Après une analyse détaillée des mécanismes impliqués dans les instabilités de combustion, différents systèmes actionneurs modulant une partie du débit d'air sont testés pour leur application au contrôle actif. Le système le plus efficace agit à la base du brouillard de combustible et permet un contrôle des instabilités en configuration co-rotative des vrilles de l'injecteur. Par contre, le système perd en efficacité à des fréquences supérieures a 300 Hz en configuration contra-rotative. L'actionneur est ensuite utilisé pour évaluer quatre stratégies de contrôle. On considère d'abord une boucle ouverte (injection de bruit blanc) et une boucle fermée élémentaire (ligne à retard). On envisage ensuite deux contrôleurs adaptatifs. Le premier nécessite une identification préalable du comportement du système. Le second réalise cette identification simultanément au contrôle. Dans le foyer étudié, le contrôle en boucle ouverte permet une réduction supérieure à 60% du niveau d'instabilité sans risque de divergence du processus. Les plus fortes réductions sont obtenues avec l'algorithme auto-adaptatif et atteignent 70% du niveau d'instabilité. Dans l'ensemble des stratégies de contrôle, la réduction des instabilités est obtenue avec une modulation de 3% du débit d'air global. Les performances du contrôleur sont principalement limitées par le niveau de modulation obtenu avec l'actionneur et sa bande-passante. La synthèse des stratégies de contrôle permet une discussion sur leur complexité technologique au regard d'une application industrielle.
Author: Can Huynh Huu
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Category :
Languages : fr
Pages : 266
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Book Description
Les instabilités de combustion apparaissent dans de nombreux systèmes de combustion industriels. Une étude expérimentale de ce phénomène a été réalisée. Les résultats obtenus avec un système d'imagerie a moyenne de phase, couple a des moyens d'investigation classiques mettent en évidence les interactions entre l'acoustique du système, la distribution du taux de dégagement de chaleur et la dynamique des jets de réactifs. Dans une deuxième partie, un système de contrôle actif adaptatif a été développé. Ce système est base sur une régulation en boucle fermée. Une détermination automatique des paramètres du contrôleur est possible. De plus, celui-ci est en mesure de suivre les évolutions du point de fonctionnement de la chambre de combustion. La dernière partie présente une modélisation théorique et numérique du phénomène d'instabilité de combustion et de son contrôle. Le modèle permet de simuler numériquement les divers algorithmes de contrôle avant leur implémentation expérimentale. Il est également utilise pour prévoir l'influence des divers paramètres du contrôle sur les performances du système de régulation
