Étude des propriétés radiatives de la vapeur d'eau à haute température et haute pression par diagnostic optique de la combustion H2/02/N2

par Pascale Chelin

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Philippe Hervé.

Soutenue en 2003

à Paris 10 .


  • Résumé

    Ce travail de thèse a été consacré à l'étude du spectre de rotation-vibration de la vapeur d'eau dans des conditions thermodynamiques caractéristiques des flammes d'hydrogène (T>2000 K) pour des pressions comprises entre 2 et 40 bar. La molécule d'eau a été selectionnée comme molécule sonde dans l'objectif de restituer par inversion les profils de température et de concentration de jets chauds comme à l'échappement d'un statoréacteur. Nous avons conçu et réalisé une enceinte de combustion (tube à flamme) afin de valider par l'expérience les paramètres spectroscopiques actuels de H2O à haute pression et haute température. Le système de mesure comprenant un spectromètre à réseau et une caméra matricielle a été caractérisé précisément en modélisant la fonction d'appareil pour la calibration spectrale, et en utilisant un corps noir à température variable pour la calibration radiométrique. Un code de calcul numérique multicouches instationnaire a permis de simuler de façon satisfaisante les profils de pression de la flamme hydrogène-air en fonction du temps après amorçage du processus de combustion. Les profils de température et de fraction molaire de H2O simulés par ce code ont été introduits dans un modèle physique raie par raie basé sur l'équation de transfert radiatif unidimensionnel pour modéliser, à la fin de la combustion (lorsque la flamme s'est propagée sur la longueur du tube); les spectres de H2O dans le domaine spectral 10332-10496 cm-1. Après ajustement spectral de certains paramètres (intensités et positions spectrales), un bon accord entre les spectres calculés et les spectres expérimentaux a été démontré.

  • Titre traduit

    Study of radiative properties of water vapor at high temperature and high pressure by optical diagnostic of H2/O2/N2 combustion


  • Résumé

    This dissertation concerns the study of the rovibrational spectrum of water vapour in hydrogen flames for high temperature (T>2000 K) thermodynamic conditions and for pressures between 2 and 40 bar. The water molecule was selected as a probe species to retrieve the distributions of temperature and concentration in hot gases, for example the exhaust gases of a ramjet. We have designed and used as a test bed a combustion chamber (deflagration tube) in order to experimentally validate the current spectroscopic parameters of H2O at high pressure and temperature. The experimental set-up consists of a grating spectrometer and a CCD camera. The instrument has been precisely calibrated both spectrally by its apparatus function and radiometrically using a variable temperature blackbody. A time dependent numerical model has been developed, which simulates reliably the pressure profiles of the hydrogen-air flame after initiation of the combustion process. We have introduced the profiles of temperature and of H2O concentration simulated by this combustion code into a line-by-line radiative transfer model. Then, we have calculated the water vapour spectra in the 10332-10496 cm-1 spectral region, at the end of the combustion process (one way propagation of the flame within the tube). After spectral fitting of some of the spectroscopic parameters a good agreement between calculated and experimental spectra is obtained.

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Informations

  • Détails : VII-227 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Paris Ouest Nanterre La Défense. Service commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T 03 PA10-22
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