Etude de la stabilité et des émissions polluantes des flammes turbulentes de prémélange pauvre à haute pression appliquées aux turbines à gaz

par David Vauchelles

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Abdelkrim Boukhalfa.

Soutenue en 2004

à l'INSA de Rouen .


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  • Résumé

    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.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (180 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 168-174

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Rouen Normandie).
  • Disponible pour le PEB
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