Etude de la stabilisation de flammes turbulentes prévaporisées prémélangées pauvres

par David Galley

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Denis Veynante.


  • Résumé

    La combustion prévaporisée prémélangée pauvre est un axe de recherche important pour la réduction des émissions polluantes, notamment dans les turbines à gaz. Le principe de ces foyers est d'optimiser la combustion en mélangeant aussi parfaitement que possible le combustible avec l'air avant combustion. Le contrôle du mélange permet de limiter la température de flamme et donc la production d’oxydes d’azote (NOx). Toutefois, ces foyers connaissent diverses limitations. Notamment, la stabilisation sur une large gamme de fonctionnement représente un enjeu majeur pour leur exploitation industrielle. La flamme pouvant se propager en tout point du mélange, dans les limites d'inflammabilité, elle risque de remonter jusqu'au système d'injection. On parle alors de « flashback ». Ceci peut conduire à son usure prématurée, voire à sa destruction. Nous proposons une étude expérimentale, à l’aide de diagnostics optiques avancés, et numérique d'un foyer prévaporisé prémélangé pauvre de 300 kW. De nombreux diagnostics ont été mis en œuvre dans la partie expérimentale : anémométrie laser Doppler, fluorescence induite par laser, imagerie par caméra ultra-rapide. A partir de ces résultats expérimentaux, nous proposons un scénario de stabilisation permettant de proposer des améliorations. Nous reproduisons également ce scénario par simulation aux grandes échelles. En parallèle, nous avons étudié une méthode originale de stabilisation de flammes par plasma. Nous avons montré la possibilité d'améliorer la stabilisation en régime très pauvre d'un brûleur prémélangé turbulent de faible puissance (20 kW), afin d'étendre sa plage de fonctionnement dans des régimes à faibles émissions.

  • Titre traduit

    Stabilization mechanisms in lean premixed prevaporized turbulent flames


  • Résumé

    Lean premixed prevaporized combustion is an important research orientation for the reduction of pollutant emissions, especially in gas turbines. The principle is to optimize combustion by mixing fuel and air as perfectly as possible before combustion. The control of the mixture makes possible to limit the flame temperature and thus the production of nitrogen oxides (NOx). However, these burners undergo various limitations. In particular, stabilization over a broad range of operations represents a major stake for their industrial exploitation. The flame being able to propagate at any points where the mixture is within ignition limits, it is likely to go up to the injection system. This phenomenon, called “flashback”, can thus lead to serious damages or the destruction of the injection systemAn experimental and numerical investigation of a 300 kW lean premixed prevaporized burner is proposed. Many advanced optical diagnostics were implemented: laser doppler anemometry, laser induced fluorescence on OH radicals and acetone vapor, or imaging using a high-speed camera. From these experimental results, a scenario for flame stabilization has been proposed which allows us to propose some improvements. These stabilization mechanisms of have also been reproduced by large eddy simulation. In parallel, an original method for flame stabilization has been studied: plasma assisted combustion. The possibility of improving stabilization in very lean modes of a turbulent premixed burner (20 kW) has been showed, in order to extend its operating range to weak emissions regimes

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Informations

  • Détails : 1 vol. (IV-207 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 199-207

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  • Bibliothèque : CentraleSupélec. Bibliothèque.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH 63484
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