Contrôle actif de la combustion appliqué à la cogénération

par Marta de la Cruz Garcia

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de François Lacas.


  • Résumé

    L'utilisation combinée de l'hydrogène avec des hydrocarbures s'avère aujourd'hui comme une solution possible pour la réduction des émissions polluantes ainsi que pour le contrôle des instabilités de combustion. Durant les travaux de cette thèse, un brûleur multi-combustible de géométrie cylindrique a été conçu, fabriqué et optimisé : une flamme de prémélange propane-air d'injection annulaire réagit sous l'action d'un jet central d'hydrogène. Ce jet permet l'injection multidirectionnelle de l'hydrogène : axiale, tournante ou la combinaison des deux. La flamme de prémélange propane-air présente deux types d'instabilités en fonction du débit d'air : à bas débits d'air nous avons observé un couplage thermo-acoustique identique avec le mode quart d'onde de la chambre de combustion ; à hauts débits d'air, l'instabilité paraît être une amplification du bruit du jet. L'effet de l'hydrogène varie alors en fonction du type d'instabilité de la flamme de prémélange. L'injection centrale d'hydrogène a un effet qui dépend du type d'instabilité du brûleur. L'instabilité des bas débits d'air est contrôlée par le swirl central d'hydrogène. En revanche, l'instabilité des hauts débits d'air est amplifiée avec l'injection d'hydrogène et atteint même des limites dangereuses si cette injection est tournante. Le contrôle est fait par la stabilisation de la flamme de prémélange sur le jet tournant d'hydrogène.

  • Titre traduit

    Active control of combustion applied to cogeneration


  • Résumé

    Hydrogen utilization in hydrocarbon flames can be a possible solution to reduce pollutant emissions and to control combustion instabilities. The present research is concerned with some of the issues raised by hydrogen injection and with the possibilities of the technique. A multi-fuel cylindrical burner has been designed and submitted to systematic investigations. The configuration is that of a premixed propane-air annular flame interacting with a central hydrogen jet. The jet permits a multidirectional injection of hydrogen. The hydrogen stream may be introduced in the axial direction, it may be given a finite level of swirl or it may be injected axially and swirled simultaneously. The premixed propane-air flame features two types of combustion instabilities depending on the air flow rate : for low air flow rates one observes a thermo-acoustic instability identified with the quarter wave mode of the combustion chamber. At high air flow rates the instability features a broadband spectral content and combustion appears to amplify the natural level of fluctuations occurring in the reactant jet. The effect of central hydrogen injection depends on the type of combustion instability of the burner. The quarter wave resonance of the combustion chamber instability appearing for low air flow rates can be controlled by a central hydrogen jet with swirl. On the other hand, at high air flow rates, the instability is enhanced by hydrogen injection and can even reach large amplitudes if the jet is swirled. As a result, for low air flow rates the swirl hydrogen injection is strong enough to lift the propane-air flame stabilized on the central injector.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XIV-293 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 189 références

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH 62894
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