CONTRIBUTION A L'ETUDE EXPERIMENTALE D'UNE FLAMME TURBULENTE DE PREMELANGE HYDROGENE-AIR PDF Download
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Author: DONG-SOON.. NOH
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CE MEMOIRE CONCERNE L'ETUDE EXPERIMENTALE DE LA FLAMME TURBULENTE EN V D'UN PREMELANGE HYDROGENE-AIR EN REGIME DE FLAMME PLISSEE. LES INFLUENCES DE LA TURBULENCE INITIALE, DU CONFINEMENT ET DE LA RICHESSE SUR LE CHAMP DE VITESSE ET LA STRUCTURE SPATIALE DU FRONT DE FLAMME ONT ETE ETUDIEES. LES CHAMPS DE VITESSE CONDITIONNEL ET NON CONDITIONNEL ONT ETE MESURES PAR VELOCIMETRIE DOPPLER LASER. LA STATISTIQUE DE LA STRUCTURE SPATIALE DU FRONT A ETE REALISEE PAR TOMOGRAPHIE LASER COUPLEE AU TRAITEMENT D'IMAGE. LA CORRELATION ENTRE LES FLUCTUATIONS DE VITESSE DE L'ECOULEMENT ET DE POSITION DU FRONT A ETE REALISEE EN LES MESURANT SIMULTANEMENT. L'ENSEMBLE DES EFFETS DU PASSAGE INTERMITTENT DU FRONT, DE LA PROPRIETE DU MELANGE ET DE LA CONFIGURATION DE LA FLAMME A UNE INFLUENCE DIFFERENTE SUR LE CHAMP DYNAMIQUE APPARENT. LES EVOLUTIONS DE LA STRUCTURE SPATIALE DU FRONT DE FLAMME DEPENDENT DE LA TURBULENCE INITIALE ET NON DE LA TURBULENCE LOCALE. LE COMPORTEMENT DE LA FLAMME AUGMENTE LA ZONE D'INTERMITTENCE MAIS CELA NE MODIFIE PRATIQUEMENT PAS LA CARACTERISTIQUE DU PLISSEMENT DU FRONT. IL EST DEMONTRE QU'IL Y A UNE DIFFERENCE ENTRE L'ECHELLE DE PLISSEMENT DU FRONT ET L'ECHELLE DE LONGUEUR SCALAIRE (PROPOSEE DANS LE MODELE BML). DANS NOTRE CONDITION DE FLAMME, LA CORRELATION DES FLUCTUATIONS DE VITESSE ET DE POSITION SIGNIFIE QUE LA POSITION SPATIALE DU FRONT EST ASSOCIEE A L'ECOULEMENT DES GAZ FRAIS
Author: DONG-SOON.. NOH
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CE MEMOIRE CONCERNE L'ETUDE EXPERIMENTALE DE LA FLAMME TURBULENTE EN V D'UN PREMELANGE HYDROGENE-AIR EN REGIME DE FLAMME PLISSEE. LES INFLUENCES DE LA TURBULENCE INITIALE, DU CONFINEMENT ET DE LA RICHESSE SUR LE CHAMP DE VITESSE ET LA STRUCTURE SPATIALE DU FRONT DE FLAMME ONT ETE ETUDIEES. LES CHAMPS DE VITESSE CONDITIONNEL ET NON CONDITIONNEL ONT ETE MESURES PAR VELOCIMETRIE DOPPLER LASER. LA STATISTIQUE DE LA STRUCTURE SPATIALE DU FRONT A ETE REALISEE PAR TOMOGRAPHIE LASER COUPLEE AU TRAITEMENT D'IMAGE. LA CORRELATION ENTRE LES FLUCTUATIONS DE VITESSE DE L'ECOULEMENT ET DE POSITION DU FRONT A ETE REALISEE EN LES MESURANT SIMULTANEMENT. L'ENSEMBLE DES EFFETS DU PASSAGE INTERMITTENT DU FRONT, DE LA PROPRIETE DU MELANGE ET DE LA CONFIGURATION DE LA FLAMME A UNE INFLUENCE DIFFERENTE SUR LE CHAMP DYNAMIQUE APPARENT. LES EVOLUTIONS DE LA STRUCTURE SPATIALE DU FRONT DE FLAMME DEPENDENT DE LA TURBULENCE INITIALE ET NON DE LA TURBULENCE LOCALE. LE COMPORTEMENT DE LA FLAMME AUGMENTE LA ZONE D'INTERMITTENCE MAIS CELA NE MODIFIE PRATIQUEMENT PAS LA CARACTERISTIQUE DU PLISSEMENT DU FRONT. IL EST DEMONTRE QU'IL Y A UNE DIFFERENCE ENTRE L'ECHELLE DE PLISSEMENT DU FRONT ET L'ECHELLE DE LONGUEUR SCALAIRE (PROPOSEE DANS LE MODELE BML). DANS NOTRE CONDITION DE FLAMME, LA CORRELATION DES FLUCTUATIONS DE VITESSE ET DE POSITION SIGNIFIE QUE LA POSITION SPATIALE DU FRONT EST ASSOCIEE A L'ECOULEMENT DES GAZ FRAIS
Author: Bruno Renou
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Languages : fr
Pages : 231
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CETTE ETUDE EXPERIMENTALE A POUR BUT DE CARACTERISER LES INTERACTIONS ET LES COUPLAGES ENTRE LES PHENOMENES AERODYNAMIQUES (LA TURBULENCE) ET LES PHENOMENES CHIMIQUES (LA COMBUSTION) QUI ONT LIEU AU NIVEAU DES CONTOURS DE FLAMMES TURBULENTES PREMELANGEES INSTATIONNAIRES. CETTE ETUDE A ETE MENEE DANS UNE CHAMBRE DE COMBUSTION A PRESSION ATMOSPHERIQUE OU LES FLAMMES SONT ALLUMEES PAR ETINCELLE AU CENTRE DE LA CHAMBRE DANS UN ECOULEMENT TURBULENT HOMOGENE ET ISOTROPE. LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL A ETE CONSACREE A UNE ANALYSE TEMPORELLE DES CONTOURS DE FLAMMES POUR DIFFERENTS COMBUSTIBLES (METHANE, PROPANE ET HYDROGENE) GRACE A LA TECHNIQUE DE TOMOGRAPHIE LASER RAPIDE. NOUS AVONS AINSI PU MESURER ET CALCULER DES GRANDEURS LOCALES TELLES QUE LES COURBURES, LES VITESSES DE DEPLACEMENT, DES GRANDEURS GEOMETRIQUES COMME LES RAYONS DE FLAMME ET DES GRANDEURS MOYENNES TELLES QUE LES DIFFERENTES VITESSES DE FLAMME, LE TAUX D'ETIREMENT. CES CARACTERISTIQUES ONT ETE OBTENUES POUR DIFFERENTES CONDITIONS DE TURBULENCE ET DE RICHESSE. DANS UN DEUXIEME TEMPS, LE MONTAGE EXPERIMENTAL A ETE MODIFIE POUR PERMETTRE UNE MESURE STATISTIQUE DES CONTOURS DE FLAMMES. LES GRANDEURS SPATIALES CARACTERISTIQUES (ORIENTATION DES FLAMMELETTES, ECHELLES INTEGRALES DE PLISSEMENTS ET DENSITES DE SURFACE DE FLAMMES) SONT OBTENUES EN FONCTIONS DES PARAMETRES EXPERIMENTAUX. UN MODELE TEMPOREL DU TAUX DE REACTION MOYEN EST PROPOSE ET VALIDE POUR LES DIFFERENTS NOMBRES DE LEWIS ETUDIES. ENFIN, LA MESURE DES PROPRIETES DU CHAMP DYNAMIQUE PAR VELOCIMETRIE PAR IMAGE DE PARTICULES A PERMIS DE DETERMINER LES GRANDEURS CARACTERISTIQUES LOCALES DES INTERACTIONS ENTRE LA CHIMIE ET LA TURBULENCE (CISAILLEMENT, ETIREMENT LOCAL,). NOUS AVONS MONTRE QUE LA REPONSE DU FRONT DE FLAMME EN TERME DE COURBURE, A UN CISAILLEMENT EXTERIEUR, EST LINEAIRE, ET QUE LES VALEURS DES COEFFICIENTS DEPENDENT DES PROPRIETES THERMODIFFUSIVES DU COMBUSTIBLE.
Author: Jean-François Pauwels
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Languages : fr
Pages : 248
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L'étude à basse pression de flammes de prémélange méthanol-air, de différentes richesses éventuellement dopées par le sulfure d'hydrogène, a été entreprise expérimentalement et par modélisation. La méthode expérimentale mise au point utilise une sonde de prélèvement et combine la détection des produits moléculaires par CPG, des espèces réactives (H, O, OH, SO, SH...) par RPE et des températures par thermocouple. Une méthode originale d'extrapolation à pression nulle est utilisée pour tenir compte de la destruction des espèces réactives dans la sonde. Deux méthodes numériques d'analyse de la structure de flamme ont été développées en utilisant le compilateur chimique CHEMKIN et les bases de données thermodynamiques et le transport de la SANDIA (usa). Le code de calcul CALFLA permet, à partir des données expérimentales (fractions molaires et température), de calculer les vitesses globales d'évolution des espèces détectées dans la flamme. Par cette méthode la constante de vitesse de la réaction SO+OH = SO2+H a pu être déterminée à haute température. Le programme de modélisation de flamme en écoulement unidimensionnel PREMIX a été utilisé pour simuler les profils de fractions molaires des espèces à partir d'un mécanisme chimique postulé. Par des études de sensibilité et comparaison avec l'expérience un mécanisme réduit (23 espèces/47 réactions), dont la plupart des constantes de vitesse ont été mises à jour en utilisant les valeurs recommandées par le NBS, est proposé et rend compte de façon satisfaisante de l'influence du facteur de richesse et du rôle joué par le sulfure d'hydrogène sur la formation des produits. Dans le cas du modèle une analyse de sensibilité et de la contribution des différentes réactions à la formation et à la disparition des espèces détectées a permis de dégager les chemins réactionnels principaux du mécanisme. La comparaison avec d'autres mécanismes montre que notre modèle est mieux adapté à décrire les phénomènes expérimentaux observés
Author: Nazim Merlo
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Languages : fr
Pages : 0
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Cette thèse est une contribution à l'étude des flammes de méthane turbulentes non prémélangées en rotation, dites swirlées, avec ou sans enrichissement en oxygène de l'oxydant. L'étude se focalise sur la stabilité de la flamme, les émissions polluantes et la dynamique du jet en non réactif et réactif. Notre dispositif expérimental se compose d'un brûleur à swirler coaxial avec injection radiale de méthane au voisinage de la sortie du brûleur. Ce dernier est confiné dans une chambre de combustion. La teneur en oxygène dans l'oxydant, le nombre de swirl géométrique et la richesse globale à l'injection sont les principaux paramètres qui peuvent être précisément contrôlés. La stabilité de la flamme est caractérisée par chimiluminescence OH*. Les émissions polluantes sont mesurées par des analyseurs en ligne via un prélèvement dans les gaz brûlés. La dynamique du jet est caractérisée principalement par PIV stéréoscopique dans un plan longitudinal et plusieurs plans transverses. La diffusion du méthane dans le jet swirlé est abordée qualitativement par fluorescence induite par laser de l'acétone dans un plan. À ce jour, peu de travaux portent sur la caractérisation notamment dynamique de ces flammes swirlées avec enrichissement en O2. La mise en rotation du jet est à l'origine d'une zone de recirculation centrale qui favorise la stabilisation de la flamme en régime pauvre et à grand nombre de Reynolds. L'étude des émissions polluantes montre que les régimes de combustion à l'air pour lesquels la flamme est liftée stable sont aussi ceux qui produisent du CO et du CH4 résiduel en des quantités non négligeables. L'enrichissement en oxygène permet alors de convertir les imbrûlés et ce pour de faibles enrichissements tout en améliorant la stabilité de flamme via une diminution de la hauteur d'accrochage et des fluctuations associées comme le confirment de précédentes études. L'augmentation des NOx par la voie thermique a été quantifiée pour des enrichissements en oxygène inférieurs à 30 % vol. L'étude systématique en non réactif et réactif apporte des détails sur la topologie tridimensionnelle du jet swirlé suivant les paramètres de l'étude. L'étude de la décroissance des vitesses et de la décroissance du nombre de swirl dans la direction de l'écoulement permetde mettre en évidence l'effet de la flamme sur le jet swirlé. Un couplage entre l'évolution du taux d'entraînement par la recirculation externe et les émissions polluantes est mis en évidence pour expliquer l'évolution des NOx suivant la richesse globale à l'injection. Nous avons proposé une modélisation des écoulements swirlés qui repose sur les écoulements à vorticité hélicoïdale afin d'identifier les caractéristiques principales des structures hélicoïdales au sein de l'écoulement.
Author: DANY.. ESCUDIE OLIVE
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Languages : fr
Pages : 139
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REVUE DES DIFFERENTS MODES DE COMBUSTION. NOTION DE VITESSE DE COMBUSTION TURBULENTE. DIFFERENTES EQUATIONS DE COMBUSTION TURBULENTE. ETUDE EXPERIMENTALE D'UNE FLAMME OBLIQUE DE PREMELANGE AIR-HYDROGENE SE DEVELOPPANT DANS UN ECOULEMENT TURBULENT CONFINE. RESULTATS OBTENUS POUR DES ECOULEMENTS LAMINAIRE ET TURBULENT. EXPLICATION DE L'EVOLUTION LONGITUDINALE ET VERTICALE DES FLUCTUATIONS DE VITESSE EN PRENANT EN COMPTE LES DIFFERENTS TERMES DE L'EQUATION DE L'ENERGIE CINETIQUE DE LA TURBULENCE
Author: Claire Martel
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Languages : fr
Pages : 251
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Les modèles de combustion turbulente prémélangée basés sur le concept de flamelettes étudiés ici, en découplant la turbulence et la combustion, analysent la flamme comme une fine surface plissée et connectée par l'écoulement turbulent. Le taux de réaction par unité de volume est écrit comme le produit du taux de réaction par unité de surface de flamme (issu des calculs de structure de flamme laminaire) par la densité de surface de flamme (surface de flamme disponible par unité de volume). La densité de surface de flamme peut être obtenue soit par une expression algébrique à partir des caractéristiques géométriques de la flamme, soit à l'aide d'une équation exacte de transport. Certains termes de cette équation ne sont pas fermes et nécessitent une modélisation. L'essentiel de cette thèse est consacré à l'analyse expérimentale des modèles de densité de surface de flamme. L'étude a été menée sur une flamme de prémélange propane/air stabilisée par un barreau dans une conduite rectangulaire. Plusieurs diagnostics ont été mis en œuvre pour cette étude. L'imagerie d'émission spontanée C H fournit l'image de la zone de réaction. L'analyse de gaz donne la composition moyenne des gaz avec une assez bonne précision. La tomographie laser produit les caractéristiques géométriques instantanées puis moyennes du front de flamme. Enfin, la vélocimétrie laser Doppler détermine le champ de vitesse moyen et ses fluctuations. L'utilisation de toutes ces techniques pour différentes conditions opératoires nous a permis de constituer une base de données expérimentale complète et de préciser quelques caractéristiques de l'écoulement pour valider et améliorer certains termes des principaux modèles de flammelettes.
Author: Abdelbaki Mameri
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Languages : fr
Pages : 0
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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: 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: David Pavé
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Languages : fr
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Book Description
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: Fabrice Malet
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Languages : fr
Pages : 272
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Book Description
L'objet de la thèse est l'amélioration de l'évaluation du risque hydrogène dans les réacteurs nucléaires, dans le cas où les mélanges pauvres donnent lieu à des déflagrations accélérées. Dans ce but les propriétés explosives des mélanges hydrogène/air/diluant ont été étudiées avec deux dispositifs : (1) une bombe sphérique afin de déterminer les propriétés des flammes laminaires (vitesse fondamentale à étirement nul, énergie globale d'activation, nombre de Zeldovich, longueur de Markstein...). (2) Une ENceinte d'ACCElération de Flamme (ENACCEF) hautement instrumentée et encombrée d'obstacles afin de d'observer l'accélération de flammes. Le premier dispositif a permis la validation d'un modèle de cinétique chimique et la formulation de la vitesse normale de combustion paramétrée des conditions initiales (composition, température, pression). L'étude des accélérations de flammes (jusqu'à 600m/s) en présence d'obstacles a mis en évidence les influences sur les profils de vitesse de flamme, du taux de blocage, de la forme des obstacles, de la composition du mélange réactif ainsi que de la présence de gradients de concentration. Enfin, une étude de simulation numérique portant sur des flammes laminaires et accélérées a permis d'améliorer le code de calcul TONUS en introduisant un suivi fin de la position de flamme. Les expériences en bombe sphérique ont été reproduites grâce à la mise au point d'une corrélation entre le taux numérique de combustion et la richesse. La modélisation a conduit à une meilleure compréhension des phénomènes d'accélération de flamme. La prise en compte, dans le code, des pertes thermiques a amélioré la simulation des expériences d'accélération de flamme.
