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: Kodjo Coudoro
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Languages : fr
Pages : 0

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Cette étude s'inscrit dans le cadre de l'évaluation du risque d'accélération de flamme en situation accidentelle. La méthodologie développée dans le cadre de l'évaluation du risque hydrogène dans l'industrie nucléaire a permis de proposer un critère permettant d'évaluer le risque d'accélération des flammes de prémélange hydrogène/air/diluants, sur la base des propriétés du mélange. L'objectif de cette étude est l'acquisition de données fondamentales relatives aux mélanges gaz naturel/air et gaz de synthèse/air puis l'extension de la méthodologie appliquée aux mélanges hydrogène/air à ces mélanges. Ainsi, trois mélanges gazeux ont été choisis et ont fait l'objet de cette étude. Il s'agit du G27 (82%CH4/18%N2), du G222 (77%CH4/23%H2), et du H2/CO (50%H2/50%CO). Au cours de ce travail les limites d'inflammabilités des mélanges ont été déterminées pour une température initiale de 300 K et une pression de 1 et 2 bars. Les vitesses fondamentales de flamme et les longueurs de Markstein ont été mesurées à différentes températures initiales (300, 330 et 360 K) et à deux pressions initiales (1 et 2 bar) pour chacun des mélanges. Une modélisation cinétique de la vitesse de flamme a été réalisée et a permis l'évaluation de l'énergie d'activation globale sur la base du modèle cinétique présentant le meilleur accord avec l'expérience. La propension des mélanges a s'accélérer fortement en présence d'obstacles a ensuite été caractérisée au cours de l'étude de l'accélération de flamme. Cette étude de l'accélération de flamme a permis de mettre en évidence que différents critères d'accélération s'appliquent selon que la flamme soit stable ou pas. Un critère permettant de prédire l'accélération de flamme a été proposée dans les deux cas.

Author: MOHAMED.. SENNOUN
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Languages : fr
Pages : 267

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Le modèle de la flamme cohérente, développé au laboratoire EM2C, considère la combustion turbulente comme l'assemblage de flammelettes laminaires étirées convectées et déformées par la turbulence. L'étude des flammelettes laminaires permet: 1) de valider les mécanismes chimiques; 2) de dégager les réactions prépondérantes de la combustion; 3) de connaitre la structure fine du front de flamme soumis à un étirement; 4) de connaitre, pour une pression et une température des gaz frais données, les limites d'extinction (étirement maximal) de la flammelette pour une richesse donnée, et les limites d'inflammabilité (richesse mini et maxi) pour un étirement donné. Ce travail se subdivise en deux parties l'une expérimentale et l'autre numérique. Le chapitre 1 est consacré à l'étude expérimentale de flammes laminaires étirées de prémélange propane-air. On y trouvera une description de l'installation expérimentale (bruleurs, montage mécanique, alimentation en gaz et système de débitmétrie à cols soniques), ainsi que les techniques de mesure de vitesse par vélocimétrie laser, de température par thermocouple, de distance de flammes par déviation de faisceau laser et la visualisation de l'écoulement par tomographie laser (photographie et vidéo). Le chapitre 2 est consacré à la modélisation et au traitement numérique des flammes laminaires étirées. On y trouvera une description de l'écriture des équations de bilan des mélanges réactifs gazeux, des expressions des propriétés de transport et des variables thermodynamiques, les notions de réactions chimiques et de mécanisme cinétique, les équations de bilan des flammes laminaires étirées (formulation a étirement constant et formulation a vitesse imposée), les conditions aux limites et la méthode de résolution numérique des équations de bilan (couplage de la méthode de newton et d'un maillage adaptatif). Le chapitre 3 est consacré à l'étude numérique de flammes laminaires étirées de prémélange propane-air: calcul en chimie complexe (123 réactions et 33 espèces chimiques). On y trouvera l'influence de la température des gaz frais, de l'étirement, de la richesse et de la vitesse d'injection des gaz frais sur la structure des flammes. Enfin une comparaison théorie/expérience est présentée montrant les avantages et les inconvénients de la modélisation ainsi que les limites de l'expérience. Le chapitre 4 est une copie de l'article présenté au SPIE’S International Symposia On Laser Engineering. Laser application in combustion and combustion diagnostics. (19-20 january 1993 SPIE Proceeding vol. 1862 Los Angeles, California, USA) “Laser Doppler velocimetry measurements in a laminar counter flow premixed double flame: comparison with numerical calculations”.

Author: FRANCOISE.. BAILLOT
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Languages : fr
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CARACTERISTIQUES ESSENTIELLES DE LA STRUCTURE DES FLAMMES DE PREMELANGE SOUMISES A UN CHAMP DE PERTURBATIONS CONNU. ANALYSE DE L'INFLUENCE D'UN CHAMP CINEMATIQUE VIBRATOIRE SUR LA DEFORMATION D'UN FRONT. DEVELOPPEMENT D'UNE MODELISATION INTERFACIALE DES FLAMMES, SUR LA BASE DES RESULTATS DE LA METHODE DES DEVELOPPEMENTS ASYMPTOTIQUES APPLIQUES A LA COMBUSTION, OU LA VARIABILITE DE LA VITESSE DE COMBUSTION EST PRISE EN COMPTE

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: Ebrahim Djavdan
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Languages : fr
Pages : 201

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Ce travail présente une étude numérique et expérimentale de flammes laminaires étirées de prémélange air-propane. Les équations des flammes laminaires étirées sont obtenues en cherchant des solutions auto-semblables des équations de conservation des mélanges réactifs gazeux. La résolution de ces équations est basée sur la méthode de Newton et une technique de continuation. La méthode de réduction systématique de schémas cinétiques est ensuite présentée. En appliquant cette méthode à la combustion du propane, nous proposons un mécanisme chimique à 9 espèces et 6 réactions. Une comparaison de résultats de calculs zéro dimensionnels en chimie complexe et réduite montre que le schéma réduit reproduit correctement l'enthalpie de fin de combustion de l'état chimique en fonction de la température. Ce schéma réduit est ensuite appliqué au calcul d'une flamme laminaire étirée et les résultats sont comparés aux calculs en chimie complexe. Il apparaît que le mécanisme réduit reproduit correctement la structure et l'extinction de la flamme à pression atmosphérique. La structure de la flamme autour de la zone de réaction reste bien décrite jusqu'à la pression de dix atmosphères. Par ailleurs, le gain en temps de calcul est un facteur proche de 4. Enfin, une étude expérimentale de ces flammes est présentée. Trois types de résultats sont proposés: tomographie par plan laser, vélocimétrie laser et mesures de distance de flammes par déviation de faisceau laser.

Author: Charles Endouard
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Languages : fr
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Depuis plusieurs années, les constructeurs automobiles suivent la voie du « downsizing » pour le développement des moteurs à allumage commandé. Ce procédé basé sur la réduction des cylindrées moteur combinée à la suralimentation a déjà fait ses preuves quant à son intérêt dans l'augmentation du rendement et la réduction des émissions polluantes des moteurs à essence. Les nouvelles conditions thermodynamiques, de turbulence et de dilution de ces moteurs engendrant de nouvelles possibilités de dilution dans les mélanges air/carburant, elles amènent également de nouvelles problématiques quant aux combustions anormales observées et l'apparition d'importantes variabilités cycliques. Ces travaux de thèse s'insèrent dans l'objectif de compréhension du comportement des flammes de prémélange d'isooctane/air en expansion dans des conditions représentatives d'un moteur « downsizé ». Leur étude a dans un premier temps été réalisée dans des conditions laminaires afin d'extraire les vitesses de flammes et longueurs de Markstein associées aux différents mélanges réactifs, et notamment sous forte dilution. Des corrélations ont alors été développées pour répondre aux besoins des modèles de simulation. Un nouveau dispositif de diagnostic optique a ensuite été employé pour améliorer la visualisation des flammes turbulentes en expansion. Une corrélation de coefficient correctif est ici développée pour remédier à la surestimation de vitesse engendrée par une visualisation Schlieren de ces flammes turbulentes. Une étude approfondie de l'influence des conditions thermodynamiques initiales, de la turbulence, ainsi que des caractéristiques diffusives du mélange air/carburant a par ailleurs été conduite afin d'isoler l'effet de chacun de ces paramètres sur le développement et la propagation de la flamme turbulente. Enfin l'effet d'une évolution simultanée des conditions thermodynamiques initiales similaire à celle d'une compression moteur a été étudié pour mieux appréhender les changements de comportement des flammes turbulentes dans des conditions plus représentatives du moteur à allumage commandé.

Author: Erwann Samson
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Languages : fr
Pages : 470

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La propagation de flammes en expansion dans un prémélange propane-air est étudiée pour des mélanges présentant des répartitions hétérogènes de combustible. Dans une première partie, une flamme laminaire est allumée dans une stratification symétrique de combustible. Pendant la propagation de la flamme, des enregistrements tomographiques sont effectués pour différents temps de propagation et différentes répartitions initiales de combustible. Dès le début de la propagation, la flamme dans son ensemble est influencée par la stratification. La courbure moyenne peut être déduite du comportement de la flamme homogène dans des conditions stoechiométriques à travers une loi linéaire ; cette loi dépend de l'amplitude initiale de la fraction de mélange Z et du temps de propagation. Des mesures simultanées de vitesse absolue de déplacement et d'émission de radicaux OH* et CH*, combinées avec des mesures de Z par P.L.I.F. montrent la faible contribution du terme -2D/Z n.grad(Z) présent dans la définition de la vitesse de déplacement du front de flamme. on montre que "l'effet mémoire" de la stratification est principalement dû au réservoir de radicaux et de température induit, à l'inertie de l'allumage et à l'expansion thermique liée aux zones brûlant à la stoechiométrie. Dans une seconde partie, pour une turbulence de grille donnée, une comparaison entre des flammes de prémélanges homogènes et hétérogènes est réalisée, et ce, pour différentes fractions de mélanges moyennes et niveaux de fluctuations. L'étude géométrique des flammes montre l'importance du niveau d'hétérogénéités sur la propagation pour les différentes conditions. Dans les premiers temps de propagation, les fluctuations de fraction de mélange n'affectent pas la taille de la flamme, pour des conditions moyennes stoechiométriques. Dans les instants suivants, un niveau optimum d'hétérogénéités peut être déterminé, sous forme d'un couple (Z, Z'), pour lequel la propagation de la flamme est équivalente aux flammes homogènes ayant une fraction de mélange moyenne supérieure. Ce soutien est dû au réservoir chimique et thermique induit, permettant d'obtenir une combustion dans un milieu en dessous des limites classiques d'inflammabilité.

Author: Eric Bourguignon
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Languages : fr
Pages : 240

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CE TRAVAIL PORTE SUR L'ETUDE DE LA COMBUSTION TURBULENTE DE PREMELANGE DANS UN ECOULEMENT A JETS OPPOSES. DANS CETTE CONFIGURATION, DEUX JETS IDENTIQUES DE MELANGE DE METHANE/AIR, TURBULENTS ET AXISYMMETRIQUES S'OPPOSENT ET FORMENT UN POINT D'ARRET. CE DISPOSITIF EXPERIMENTAL PERMET DE STABILISER DES FLAMMES PLANES, OU L'ETIREMENT EST UN PARAMETRE CONTROLE. CETTE ETUDE EXPERIMENTALE S'APPUIE SUR DES DIAGNOSTICS OPTIQUES CLASSIQUES TELS QUE LA VELOCIMETRIE DOPPLER LASER (V.D.L.) EN UN POINT ET LA TOMOGRAPHIE PAR PLAN LASER MAIS AUSSI SUR DES DISPOSITIFS PLUS ORIGINAUX, DEVELOPPES AU COURS DE CE TRAVAIL, AVEC LA V.D.L. EN DEUX POINTS ET LE COUPLAGE V.D.L.-DIFFUSION DE MIE. UNE PARTIE DE CE TRAVAIL CONCERNE L'ECOULEMENT NON-REACTIF ET PRESENTE UNE ETUDE DES CARACTERISTIQUES TURBULENTES D'UN ECOULEMENT A POINT D'ARRET, EN FONCTION DE DEUX GEOMETRIES : L'ECOULEMENT CONTRE UNE PAROI SOLIDE ET L'ECOULEMENT A JETS OPPOSES. DANS LA CONFIGURATION A JETS OPPOSES, LE PROBLEME DES BASSES FREQUENCES EST MIS EN EVIDENCE AU NIVEAU DE LA MESURE DES ECHELLES SPATIALES. LES RESULTATS SONT COMPARES AVEC UNE MODELISATION DE CHAMPION ET LIBBY ET CONFORTENT LEURS HYPOTHESES ET LEURS RESULTATS THEORIQUES. UNE AUTRE PARTIE DE CE TRAVAIL EST CONSACRE A L'ECOULEMENT REACTIF. LE PROBLEME DE L'EXTINCTION GLOBALE DE CES FLAMMES EST TRAITE. LA COMPARAISON AVEC D'AUTRES ETUDES EST REALISEE AINSI QU'AVEC LA MODELISATION (BML). UNE NOUVELLE METHODE A ETE MISE EN PLACE POUR EVALUER LE TAUX DE PRODUCTION MOYEN ET MONTRE QUE LA DETERMINATION USUELLE DE LA VITESSE DE COMBUSTION TURBULENTE DANS LES ECOULEMENTS DE STAGNATION EST ERRONEE. IL EST MONTRE QUE LE FLUX TURBULENT PEUT ETRE NEGLIGE. ENFIN, LA COMPARAISON DES DONNEES EXPERIMENTALES AVEC LA THEORIE DE BRAY-MOSS LIBBY MONTRE UN DESACCORD A L'APPROCHE DES CONDITIONS D'EXTINCTION DES FLAMMES.

Author: Isabelle Esquiva-Dano
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Languages : fr
Pages : 232

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L'influence de l'aérodynamique du sillage d'un obstacle sur les mécanismes de stabilisation de la flamme non prémélangée a été examiné sur une configuration expérimentale non confinée de deux écoulements concentriques (combustible et air), dans le cas de deux stabilisateurs simplifiés (disque et vitesses (Anémométrie Dopler Laser). Les champs moyens de température et concentration ont été obtenus avec un thermocouple à fil fin et une sonde de prélèvement reliée à un analyseur de gaz. L'analyse du développement et de la structure de la flamme a mis en évidence trois régimes de stabilisation principaux (développement, anneau, renfermement), deux régimes de transition et un domaine d'extinction. Une étude détaillée a montré que l'anneau est une flamme triple stabilisée à l'interface de deux écoulements : un prémélange de combustible, d'air et de produits de combustion et un écoulement d'air.