Étude de la combustion diphasique prémélangée pauvre dans les foyers aéronautiques PDF Download
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Author: Denis Thibaut
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ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 266
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Book Description
La combustion prémélangée pauvre constitue une voie prometteuse pour lutter contre la production d’oxydes d’azote dans les foyers aéronautiques. La mise en œuvre de cette technique comporte des risques d’auto-allumage et de remontée de flamme. Ces deux problèmes sont étudiés dans cette thèse. Les modes d’allumage probables sont caractérisés. Plus particulièrement nous présentons une étude numérique de l’auto-allumage de brouillards de gouttelettes. Différents modes d’allumage sont mis en évidence. Le modèle fournit les délais d’allumage de nuages de gouttes dans les conditions typiques de fonctionnement d’une chambre prémélangée. L’influence des contraintes aérodynamiques sur l’allumage de flammes de diffusion est également discutée. Les mécanismes de remontée de flamme liés aux instabilités de combustion sont étudiés numériquement. Une technique de simulation aux grandes échelles (LES) est couplée à une représentation de la combustion par épaississement de flamme. Plusieurs simulations numériques réactives sont discutées. La troisième et dernière partie de ce travail est consacrée à une étude de l’influence de la pression sur la production d’oxydes d’azote. Des calculs en chimie complexe et une étude expérimentale d’une flamme de diffusion étirée à contre-courant sous pression sont présentés.
Author: Denis Thibaut
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Languages : fr
Pages : 266
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Book Description
La combustion prémélangée pauvre constitue une voie prometteuse pour lutter contre la production d’oxydes d’azote dans les foyers aéronautiques. La mise en œuvre de cette technique comporte des risques d’auto-allumage et de remontée de flamme. Ces deux problèmes sont étudiés dans cette thèse. Les modes d’allumage probables sont caractérisés. Plus particulièrement nous présentons une étude numérique de l’auto-allumage de brouillards de gouttelettes. Différents modes d’allumage sont mis en évidence. Le modèle fournit les délais d’allumage de nuages de gouttes dans les conditions typiques de fonctionnement d’une chambre prémélangée. L’influence des contraintes aérodynamiques sur l’allumage de flammes de diffusion est également discutée. Les mécanismes de remontée de flamme liés aux instabilités de combustion sont étudiés numériquement. Une technique de simulation aux grandes échelles (LES) est couplée à une représentation de la combustion par épaississement de flamme. Plusieurs simulations numériques réactives sont discutées. La troisième et dernière partie de ce travail est consacrée à une étude de l’influence de la pression sur la production d’oxydes d’azote. Des calculs en chimie complexe et une étude expérimentale d’une flamme de diffusion étirée à contre-courant sous pression sont présentés.
Author: Yanick Michou
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Languages : fr
Pages : 330
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Book Description
Cette étude porte sur une flamme turbulente diphasique de laboratoire, plus particulièrement sur le mode de combustion 3P ou LPP : prévaporisée, prémélangée, pauvre. Le dispositif mis au point permet d'étudier les effets de trois paramètres sur la structure de flammes diphasiques turbulentes partiellement prémélangées et prévaporisées d'un mélange pauvre heptane-air : la richesse globale du mélange, le temps de prévaporisation et la granulométrie initiale. L'anémométrie phase Doppler (PDA) a été utilisée pour la caractérisation expérimentale des champs dynamiques et granulométriques de l'écoulement diphasique réactif. Une attention particulière a été apportée à la validation des mesures par PDA. Une étude bibliographique et une série de tests nous ont permis de déterminer la configuration la mieux adaptée à nos conditions expérimentales et de s'assurer ainsi de la fiabilité des résultats. Dans un deuxième temps, la caractérisation des champs scalaires de température et du degré d'avancement de la réaction a été obtenue respectivement à l'aide d'un thermocouple et de la fluorescence induite par un laser (PLIF). Ensuite, nous avons proposé une méthode pour déterminer localement le taux moyen de vaporisation des gouttes à partir des mesures obtenues par PDA. La connaissance simultanée du taux de vaporisation, de la température et du degré d'avancement nous ont donc permis d'étudier le taux de vaporisation moyen local des gouttes d'heptane au sein d'un brouillard en combustion. Le degré d'avancement permettant notamment de comparer entre elles des flammes ayant des hauteurs différentes de par leur richesse. Nous avons pu comparer les taux, d'une part, à ceux obtenus pour une goutte isolée en atmosphère stagnante mais à température élevée, et d'autre part, à ceux obtenus pour une goutte isolée à température ambiante et soumise à une turbulence homogène isotrope. Enfin, nous avons déterminé le régime de combustion diphasique auquel appartient chaque flamme, ce qui nous a permis d'expliquer les résultats sur les taux de vaporisation.
Author: Maxime Vicentini
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
De nos jours, la combustion d'hydrocarbures est largement répandue dans de nombreuses applications, notamment la propulsion aéronautique. Toutefois, les turbomachines produisent des niveaux d'émissions d'espèces polluantes qui ne sont plus acceptés. C'est pourquoi, la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu dans les chambres de combustion est essentielle pour aider au développement de moteurs plus propres. Dans de tels foyers, le carburant est injecté sous la forme d'un brouillard de gouttes, ce qui génère de fortes interactions avec l'écoulement d'air turbulent et la flamme. L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement de modèles en combustion diphasique en vue d'améliorer la capacité prédictive des outils de simulation numérique. Pour cela, un nouveau moyen d'essais dédié à l'étude des flammes diphasiques turbulentes a été conçu et une base de données expérimentales a été constituée (conditions inertes et réactives). Des visualisations simultanées de la diffusion de Mie des gouttes et du taux de dégagement de chaleur ont permis de mettre en évidence une structure de flamme complexe ainsi que l'existence de différents régimes de combustion. Un autre point important de ce travail a été d'analyser statistiquement la distribution spatiale de gouttes en conditions réactives à l'aide d'une méthode de mesure originale. Cette analyse a permis de quantifier les distances inter-gouttes (plus proches voisines) en différents points de l'écoulement et d'estimer les erreurs liées au traitement des données via une approche numérique. En outre, il apparaît que la distribution spatiale des gouttes s'apparente à une loi aléatoire uniforme alors que les modèles de combustion de gouttes s'appuient souvent sur une loi régulière.
Author: David Galley
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Languages : fr
Pages : 207
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Book Description
La combustion prévaporisée prémélangée pauvre est un axe de recherche important pour la réduction des émissions polluantes, notamment dans les turbines à gaz. Le principe de ces foyers est d'optimiser la combustion en mélangeant aussi parfaitement que possible le combustible avec l'air avant combustion. Le contrôle du mélange permet de limiter la température de flamme et donc la production d’oxydes d’azote (NOx).Toutefois, ces foyers connaissent diverses limitations. Notamment, la stabilisation sur une large gamme de fonctionnement représente un enjeu majeur pour leur exploitation industrielle. La flamme pouvant se propager en tout point du mélange, dans les limites d'inflammabilité, elle risque de remonter jusqu'au système d'injection. On parle alors de « flashback ». Ceci peut conduire à son usure prématurée, voire à sa destruction.Nous proposons une étude expérimentale, à l’aide de diagnostics optiques avancés, et numérique d'un foyer prévaporisé prémélangé pauvre de 300 kW. De nombreux diagnostics ont été mis en œuvre dans la partie expérimentale : anémométrie laser Doppler, fluorescence induite par laser, imagerie par caméra ultra-rapide. A partir de ces résultats expérimentaux, nous proposons un scénario de stabilisation permettant de proposer des améliorations. Nous reproduisons également ce scénario par simulation aux grandes échelles.En parallèle, nous avons étudié une méthode originale de stabilisation de flammes par plasma. Nous avons montré la possibilité d'améliorer la stabilisation en régime très pauvre d'un brûleur prémélangé turbulent de faible puissance (20 kW), afin d'étendre sa plage de fonctionnement dans des régimes à faibles émissions.
Author: Matthieu Boileau
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Languages : fr
Pages : 348
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L'allumage ou le rallumage d'une turbine à gaz dans une atmosphère froide et raréfiée est un problème crucial pour les constructeurs aéronautiques. Le but de cette thèse est de développer une méthode de simulation aux grandes échelles (LES) pour étudier la combustion et l'allumage dans les géométries réalistes de foyers aéronautiques. L'approche théorique instationnaire prend en compte les caractéristiques essentielles de ces phénomènes en réalisant le couplage entre les modèles de turbulence, de dispersion du spray de carburant et de combustion. L'outil LES est validé dans des cas académiques puis appliqué à une configuration réaliste de foyer d'hélicoptère comportant 18 secteurs identiques. Le régime stationnaire et la séquence d'allumage d'un secteur isolé sont d'abord analysés. Grâce au calcul massivement parallèle, l'étude est ensuite étendue à l'allumage complet des 18 secteurs, apportant un éclairage nouveau sur la physique du phénomène.
Author: Abdelbaki Mameri
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
L'enrichissement des hydrocarbures par l'hydrogène permet d'améliorer les performances de la combustion pauvre (augmentation de la réactivité, résistance à l'étirement, stabilité, réduction des polluants, ...). Il est primordial de connaitre les caractéristiques de la combustion de ces combustibles hybrides dans différentes conditions, afin de pouvoir les utiliser d'une manière sûre et efficace dans les installations pratiques. L'approche expérimentale reste coûteuse et limitée à certaines conditions opératoires. Cependant, le calcul numérique peut constituer la solution la plus adaptée, compte tenu du progrès réalisé dans le domaine de l'informatique et de la modélisation. Dans ce contexte, ce travail que nous avons effectué à l'ICARE (Institut de Combustion, Aérothermique et Réactivité, CNRS Orléans) vise à compléter les résultats des essais expérimentaux. Les effets de la richesse du mélange et l'ajout de l'hydrogène sur la structure et la formation des polluants sont étudiés dans ce travail. L'augmentation de la richesse du combustible permet de stabiliser la flamme, mais augmente la température et produit plus de CO, CO2 et NOx. Par contre, l'addition de H2 augmente l'efficacité du mélange, stabilise la flamme avec une légère élévation de la température maximale et une diminution des fractions massiques de CO, CO2 et NOx. Le remplacement d'une fraction de 10% où même 20% du gaz principal par l'hydrogène améliore les performances des installations et ne nécessite aucune modification sur les systèmes de combustion.
Author: North Atlantic Treaty Organization. Research and Technology Organization. Applied Vehicle Technology Panel. Symposium
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Category : Aircraft exhaust emissions
Languages : en
Pages : 622
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Book Description
The symposium dealt with Gas Turbine Engine Combustion, Emissions and Alternative Fuels. Forty-six papers and a Keynote Address elucidated the role of the combustion process as a crucial factor of engine performance and operability under various conditions including non-standard, new fuels and environmental effects of civil and military interest. There were 12 Sessions covering the following topics (some in 2 sessions): (1) Gas Turbines in Land, Sea and Air Applications; (2) Low-Emission Combustors; (3) Combustion Modelling; (4) Optical Measurements; (5) Emissions; (6) Combustor Design; (7) Ignition Processes; (8) Active Combustion Control; and (9) Alternative Fuels.
Author: Roland Borghi
Publisher: Editions Technips
ISBN: 9782710807407
Category : Science
Languages : en
Pages : 0
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Book Description
Professionals working in the field of combustion may well find many points of interest, highlighted by the book's logical and global approach to phenomena, which considers mechanical, thermal and chemical aspects simultaneously. The book prioritises an understanding of the physical and chemical aspects of the phenomena, and lays particular emphasis on experimental analyses and modern numerical simulations, and on the way in which these phenomena are translated into equations.Contents: Introduction: Discovering combustion and flames. 1. Combustion thermodynamics. 2. Chemical kinetics applied to combustion. 3. Mass and energy transport by convection and diffusion. 4. Self-ignitions in closed systems. 5. Laminar flames and deflagrations. 6. Turbulent flames and deflagrations. 7. Detonation and supersonic combustion. 8. Flame ignition. 9. Combustion of liquids and sprays. 10. Pollutant emissions in combustion reactions. Index.
