Etude des effets de la haute pression sur la structure et la dynamique des flammes turbulentes de prémélange pauvre de méthane-air PDF Download
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Author: Thierry Lachaux
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Languages : fr
Pages : 211
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Book Description
L'étude expérimentale porte sur l'influence de la haute-pression jusqu'à 0.9 MPa pour la combustion d'une flamme de prémélange méthane-air, pauvre, turbulente stabilisée sur un brûleur de type Bunsen. La vitesse débitante et la richesse sont fixées à 2.1 m/s et 0.6. Le champ de vitesses et les échelles de la turbulence sont déterminés à l'aide de l'anémométrie Laser Doppler. Les mesures de diffusion Rayleigh renseignent sur la fluctuation du scalaire. De l'imagerie de Mie deux dimensions sont obtenus la courbure, l'angle d'orientation, les longueurs de plissement et enfin, la densité de surface de flamme et l'intensité de combustion qui sont comparées avec les valeurs données par le modèle BML. Lorsque la pression augmente les échelles de Taylor et de Kolmogorov diminuent avec la viscosité cinématique, l'échelle intégrale et la vitesse fluctuante restent constantes, les structures du front de flamme deviennent plus petites et plus pointues, augmentant la densité de surface de flamme.
Author: Thierry Lachaux
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Languages : fr
Pages : 211
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Book Description
L'étude expérimentale porte sur l'influence de la haute-pression jusqu'à 0.9 MPa pour la combustion d'une flamme de prémélange méthane-air, pauvre, turbulente stabilisée sur un brûleur de type Bunsen. La vitesse débitante et la richesse sont fixées à 2.1 m/s et 0.6. Le champ de vitesses et les échelles de la turbulence sont déterminés à l'aide de l'anémométrie Laser Doppler. Les mesures de diffusion Rayleigh renseignent sur la fluctuation du scalaire. De l'imagerie de Mie deux dimensions sont obtenus la courbure, l'angle d'orientation, les longueurs de plissement et enfin, la densité de surface de flamme et l'intensité de combustion qui sont comparées avec les valeurs données par le modèle BML. Lorsque la pression augmente les échelles de Taylor et de Kolmogorov diminuent avec la viscosité cinématique, l'échelle intégrale et la vitesse fluctuante restent constantes, les structures du front de flamme deviennent plus petites et plus pointues, augmentant la densité de surface de flamme.
Author: David Vauchelles
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Languages : fr
Pages : 180
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La combustion en mode pauvre prémélangé permet de réduire les émissions polluantes, mais elle est limitée par l'apparition de fortes instabilités. Afin d'étudier ces instabilités, nous avons conçu une chambre de combustion proche d'une configuration industrielle fonctionnant au gaz naturel. La chambre, pressurisée à 5 bar, est munie de deux dispositifs d'injection d'air : air secondaire et air de dilution. Le prémélange est créé par un injecteur constitué d'un swirl axial et d'un bluff body. L'étude de l'instabilité a été effectuée en fonction de plusieurs paramètres : température d'entrée d'air, débit, richesse de combustion, angle du swirl, présence d'une flamme pilote, position des orifices d'injection d'air et géométrie du fond de la chambre. Pour chaque configuration nous avons mesuré le champ de vitesse, les émissions polluantes, l'émission spontanée du radical CH* et l'évolution temporelle de la pression dans la chambre de combustion. Le résultat principalmontre que les injections d'air secondaire jouen un rôle important et complexe dans les chambres de combustion, notamment sur la structure et la dynamique de la flamme. Les spectres temporels de pression et de CH* ont montré plusieurs fluctuations temporelles de la combustion que nous avons classées en trois catégories : - Les fluctuation basses fréquences dues aux instabilités de combustion, - les fluctuations convectives dont les fréquences ne dépendent que de la vitesse de l'écoulement, - les fluctuations acoustiques dont les fréquences ne dépendent que de la température de l'écoulement. L'étude locale des émissions de CH* montre que les positions des maximums de fluctuations se situent à des emplacements différents dans la zone de réaction suivant le régime de combustion. Nous avons adapté localement le modèle du temps de retard (time lag) qui permet de connaître les conditions favorables d'amplification d'une perturbation convective. Les résultats montrent que nous pouvons prédire la position et l'intensité des fluctuations convectives dans la zone réactive en fonction de la température d'entrée ou de la puissance de l'installation. Toutefois, ce modèle trouve ses limites lorsque l'interaction de l'air de dilution secondaire devient trop importante avec la zone de réaction.
Author: Cécile Cohé
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Languages : fr
Pages : 223
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Ce projet a pour but d’approfondir les connaissances de l’effet de la haute pression sur les flammes laminaires et turbulentes et d’appliquer ces connaissances et les moyens techniques développés à l’institut aux flammes diluées avec du dioxyde de carbone. L’étude est effectuée à l’aide d’un brûleur de type Bunsen placé dans une chambre de combustion haute pression. De nombreux diagnostics optiques furent utilisés. La structure générale de flamme est etudiée avec la tomographie par plan laser. Les vitesses de flammes sont mesurées à partir des acquisitions de PIV. La LDV a permis d’obtenir les échelles de turbulence. Enfin l’ensemble de ces données ont été utilisées pour tester différents modèles de combustion.
Author: Fabien Halter
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Languages : fr
Pages : 251
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Ce travail de thèse expérimental vise à améliorer la compréhension des flammes turbulentes de prémélange méthane/air pour différents cas de pression et différents enrichissements en hydrogène. L'étude est effectuée à l'aide d'un brûleur de type Bunsen placé dans une chambre de combustion haute pression. Une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu est rendue possible par l'utilisation de diagnostics optiques. La structure macroscopique de la flamme est étudiée à l'aide du diagnostic de tomographie par plan laser, la structure interne de la flamme à l'aide du diagnostic de diffusion Rayleigh 2D. Ces informations sont largement utilisées pour tester différents modèles de combustion.
Author: David Pavé
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Languages : fr
Pages : 0
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Les flammes turbulentes de prémélange présentent un sujet d'intérêt important pour la recherche aussi bien du point de vue fondamental que pratique. Le but de cette thèse est de faire progresser nos connaissances sur les flammes de prémélanges pauvres. Nous avons observé les changements de structure de la flamme lorsque l'on modifie la richesse et les paramètres de turbulence. En premier lieu, nous faisons une description macroscopique de la flamme à l'aide de l'imagerie de Mie. Nous déterminons les iso-c, l'épaisseur turbulente, l'échelle caractéristique de plissements et la densité de surface de flamme. La densité de surface de flamme est également calculée pour six régions de la flamme. Nous étudions ensuite la structure du front de flamme instantané. Nous faisons une étude statistique de la courbure du front. Afin d'étudier l'épaisseur du front de flamme, à partir de l'imagerie Rayleigh, deux définitions de l'épaisseur sont utilisées : l'épaisseur thermique de la zone de réaction du front de flamme et la zone de préchauffage avec le gradient de température. Nous avons aussi étudié la corrélation entre l'épaisseur du front de flamme et la courbure du front. Enfin, nous comparons nos résultats avec les modèles de combustion turbulente de prémélange : le modèle de Bray, Moss et Libby et les modèles utilisant la dissipation scalaire. Les distributions des longueurs d'entre-croisement sont spécialement étudiées. Nous analysons ensuite la relation entre la dissipation scalaire et la densité de surface de flamme à partir de l'imagerie Rayleigh. Nous déterminons alors l'intensité de combustion et le taux de combustion. Ces derniers résultats sont acquis à partir de l'imagerie Rayleigh et de Mie. Nous comparons nos résultats avec ceux obtenus par d'autres techniques de mesures : l'anémométrie Doppler laser associée à Mie, la diffusion Rayleigh un point et les résultats de la littérature.
Author: BEATRICE.. DESCHAMPS
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Languages : fr
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CE TRAVAIL PORTE SUR L'ETUDE DE LA STRUCTURE DES FLAMMES TURBULENTES PREMELANGEES. IL CONCERNE PLUS PARTICULIEREMENT L'INTERACTION D'UN CHAMP TURBULENT EN AVAL D'UNE PLAQUE PERFOREE ET D'UNE FLAMME CONIQUE DE METHANE-AIR STABILISEE SUR UN BRULEUR CYLINDRIQUE GRACE A UNE FLAMME PILOTE ANNULAIRE. UNE PARTIE DE CE TRAVAIL A ETE CONSACRE A LA COMPARAISON DU CHAMP DYNAMIQUE EN NON REACTIF ET EN REACTIF. IL A ETE MIS EN EVIDENCE QUE LA PRODUCTION DE TURBULENCE ENGENDREE PAR LA COMBUSTION CROIT AVEC LA VITESSE DE PROPAGATION LAMINAIRE. UNE AUTRE PARTIE IMPORTANTE DE CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE DU CHAMP SCALAIRE DE 23 FLAMMES CONIQUES EXPLOREES SUR L'AXE DE SYMETRIE DU BRULEUR GRACE A UN SYSTEME DE DIFFUSION RAYLEIGH QUI A ETE OPTIMISE. CES FLAMMES COUVRENT UN LARGE DOMAINE PARAMETRIQUE DE LA COMBUSTION TURBULENTE EN MILIEU PREMELANGE; ELLES ONT PU ETRE VISUALISEES PAR TOMOGRAPHIE LASER. LES PRINCIPAUX RESULTATS SONT LIES A LA VALIDATION DU MODELE DE BRAY-MOSS-LIBBY. ILS MONTRENT QUE L'EVOLUTION DU COEFFICIENT D'AUTOCORRELATION ET LA DISTRIBUTION DES TEMPS DE PASSAGE DES PAQUETS FRAIS ET DES PAQUETS BRULES SONT PROCHES DE CELLES DU MODELE GAMMA-TWO; MAIS LE CALCUL DU COEFFICIENT G RELATIF AU MODELE B.M.L. TENDRAIT A MONTRER QUE C'EST LE MODELE EXPONENTIEL QUI EST VALABLE. UNE RELATION PERMETTANT D'OBTENIR UNE VALEUR DE S#T/S#L SUR L'AXE A ETE ETABLIE ET PERMET D'ABOUTIR A DE BONNES CORRELATIONS AVEC U/S#L. UNE METHODE DE TRAITEMENT DES SIGNAUX RAYLEIGH QUI PERMET LA MESURE DES TEMPS DE PASSAGES DES FRONTS INSTANTANES A EGALEMENT ETE MISE AU POINT
Author: Benoît Taupin
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Languages : fr
Pages : 208
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Book Description
La combustion de pré-mélange pauvre est un procédé très prometteur pour réduire les émissions polluantes d'oxyde d'azote. Malheureusement, dans ce mode de combustion, des extinctions locales, sources d'imbrûlés, des intabilités de combustion ou le retour de flamme dans l'injecteur peuvent être occasionnés. Cette étude expérimentale traite des résultats obtenus sur un brûleur transparent pressurisé avec air de combustion préchauffé. Ce brûleur muni d'un injecteur à "swirl" avec "Bluff-Body" génère des conditions représentatives de turbine à gaz. L'objectif de cette étude est de comprendre les mécanismes qui entraînent la déstabilisation de la flamme et d'une manière générale d'étudier la structure de flamme turbulente de pré-mélange pauvre sous l'influence de la pression et de la température de l'air de combustion dans une configuration proche de la réalité. Une étude de la stabilité et de la structure de la flamme caractérisée par son émission spontanée CH* en fonction des paramètres pression, température de l'air de combustion et richesse met en évidence une influence relativement faible de la pression tandis que la température de l'air joue un rôle prépondérant. L'étude du mélange par Fluorescence induite par plan laser sur de l'acétone montre la présence d'inhomogénéité du mélange à la sortie de l'injecteur. La comparaison avec une flamme obtenue dans le cadre d'un pré-mélange parfait montre que ces inhomogénéités participent à la stabilisation de la flamme. Cette stabilisation s'effectue par le biais d'une zone nommée pied de flamme où la flamme se propage d'un mélange riche vers un mélange pauvre permettant la combustion de mélange globalement plus pauvre. Nous terminons par l'étude en combustion de deux cas instables.
Author: Alexis Matynia
Publisher: Omniscriptum
ISBN: 9786131507823
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Languages : fr
Pages : 340
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Book Description
L'optimisation des systèmes de production d'énergie par combustion requiert une connaissance précise de la cinétique de combustion. Aujourd'hui, la majorité des systèmes de production d'énergie par combustion fonctionnent à haute pression et il est reconnu que la pression a une influence sur la cinétique de combustion. En laboratoire, l'analyse de la structure de flamme laminaire se présente comme un outil puissant pour étudier la chimie de la combustion. Cependant, la plupart des travaux menés ont été réalisés à des pressions inférieures ou égales à la pression atmosphérique. Cet ouvrage est le fruit de travaux de thèse au cours desquels un nouveau dispositif expérimental a été mis en place pour l'analyse de structure de flammes laminaires, à contre-courants et à haute pression. Il permet de stabiliser des flammes de méthane et de biogaz jusqu'à 0,7 MPa et l'étude de leur structure par diagnostics laser. Les profils de concentration de OH ont été mesurés par la combinaison de trois techniques laser (FIL/absorption/PLIF). Les profils expérimentaux obtenus ont été comparés à la modélisation. En parallèle, une analyse spectroscopique des flammes de méthane a été entreprise.
Author: CHAOUKI.. GHENAI
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Languages : fr
Pages : 255
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Book Description
CE MEMOIRE PORTE SUR L'ETUDE DE LA STRUCTURE ET DE LA DYNAMIQUE SPATIO-TEMPORELLE DES FRONTS DE FLAMME INSTANTANES EN COMBUSTION PREMELANGEE. L'OBJECTIF GLOBAL DE CETTE ETUDE EST DE COMPRENDRE LES MECANISMES D'INTERACTION ENTRE LA STRUCTURE DE LA TURBULENCE ET LA DYNAMIQUE DES FRONTS DE FLAMME INSTANTANES PAR LA MISE EN UVRE D'UNE DOUBLE APPROCHE: UNE APPROCHE EXPERIMENTALE, UTILISANT DES TECHNIQUES FIABLES ET AYANT UNE RESOLUTION SPATIO-TEMPORELLE APPROPRIEE, UNE APPROCHE THEORIQUE, UTILISANT LES MODELES DE COMBUSTION TURBULENTE LES PLUS RECENTS VISANT A LES VALIDER OU A LES AMELIORER. LA PRINCIPALE TECHNIQUE DE DIAGNOSTIC OPTIQUE UTILISEE EST LA DIFFUSION DE LA LUMIERE PAR EFFET RAYLEIGH. CELLE-CI EST APPLIQUEE A L'ETUDE DES FLAMMES DE PREMELANGE CONIQUES LAMINAIRES ET TURBULENTES. LES FLAMMES DE METHANE-AIR ETUDIEES SONT STABILISEES SUR DES BRULEURS DU TYPE BEC BUNSEN. LES MESURES CONCERNENT PRINCIPALEMENT LE CHAMP SCALAIRE INSTANTANE DES FLAMMES (TEMPERATURE OU DENSITE) EN UTILISANT LA TECHNIQUE DE DIFFUSION DE LA LUMIERE PAR EFFET RAYLEIGH EN UN OU DEUX POINTS. UN NOUVEAU DISPOSITIF EXPERIMENTAL A ETE CONCU ET DEVELOPPE DANS CETTE ETUDE ; IL PERMET D'EFFECTUER DES MESURES PAR EFFET RAYLEIGH DU CHAMP SCALAIRE EN DEUX POINTS SUIVANT LA DIRECTION RADIALE, AXIALE ET LE LONG DES CONTOURS OU LA DENSITE MOYENNE DE LA FLAMME RESTE CONSTANTE. POUR LA FLAMME LAMINAIRE, L'ETUDE A POUR BUT DE FOURNIR LES DONNEES NECESSAIRES SUR L'EPAISSEUR ET LA VITESSE DE PROPAGATION LAMINAIRE QUE NOUS UTILISONS DANS L'ESTIMATION DES PARAMETRES CONCERNANT LA DYNAMIQUE TEMPORELLE DES FLAMMELETTES AINSI QUE SUR L'EFFET DE LA GRAVITE (OU DE LA CONVECTION NATURELLE). POUR LA PREMIERE FOIS, LA TECHNIQUE DE DIFFUSION RAYLEIGH A ETE UTILISEE DANS L'ETUDE DE LA STABILITE DES FLAMMES LAMINAIRES PREMELANGEES. POUR LES FLAMMES TURBULENTES DE PREMELANGE DANS LE REGIME DES FLAMMELETTES, L'OBJECTIF ESSENTIEL DE CE TRAVAIL EST LA CARACTERISATION DE LA STRUCTURE ET DE LA DYNAMIQUE SPATIO-TEMPORELLE DES FRONTS DE FLAMME INSTANTANES. LES MESURES PAR EFFET RAYLEIGH EN UN ET DEUX POINTS ONT PERMIS DE DETERMINER LES ECHELLES SPATIALES ET TEMPORELLES DE LA DYNAMIQUE DES FLAMMELETTES, LEUR VITESSE DE CONVECTION ET LEUR VITESSE DE PROPAGATION NORMALE, LE FACTEUR D'ORIENTATION DE LA NORMALE A LA FLAMMELETTE, LA DENSITE SURFACIQUE DE FLAMME AINSI QUE LE TAUX MOYEN DE PRODUCTION CHIMIQUE. CES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT COMPARES AUX PREDICTIONS DE DIVERS MODELES DE FLAMMELETTES, NOTAMMENT A CELLES DES MODELES PROPOSES PAR BRAY, MOSS, CHAMPION ET LIBBY
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.
