Etude expérimentale d'un régime de combustion diluée dans une configuration à contre courant

Experimental study of a diluted combustion regime in a counter-flow configuration

• Auteur / Autrice : Philipp Bauer
• Direction : Jean-Michel Most, Michel Champion
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, thermique, combustion
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie spectroscopique

Écoulement -- Visualisation

Mesures optiques

Turbulence

Résumé

Un nouveau régime de combustion capable de réduire la formation des oxydes d’azote est étudié. Une flamme non prémélangée est stabilisée entre des réactifs dilués, préalablement chauffés et injectés séparément dans un brûleur à contre-courant. Un dispositif expérimental a été réalisé, avec pour paramètres de fonctionnement l’étirement aérodynamique, le taux de turbulence des jets opposés, la température de préchauffage et le taux de dilution dans l’azote des espèces réactives. La caractérisation aérothermochimique est effectuée au moyen de la PIV et de l’imagerie d’émission des radicaux OH* et CH*. Des algorithmes spécifiques de traitement des images et d’extraction des zones réactives ont été mis au point. L’influence des paramètres sur les propriétés de la flamme a été mesurée. Le domaine d’inflammabilité croît avec l’augmentation de la température et de la turbulence, mais se restreint avec celle de la dilution. Ces observations ont été reliées à l’épaisseur des zones chimiquement actives. La turbulence augmente le transport des espèces et rend la flamme, lorsque les réactifs sont préchauffés, plus robuste à l’extinction. L’augmentation de la température et de la turbulence conduit à une homogénéisation spatiale des propriétés de la flamme et de l’écoulement.

A new combustion regime, able to reduce the nitric oxide formation is studied. A flame is stabilised between two preheated jets of diluted reactants, injected separately in a counter-flow burner. An experimental device was built, which enables the stretch rate, the turbulent intensity, the preheating temperature and the dilution with nitrogen of the reactants to be varied. The aerothermochemical characterisation is carried out using PIV, and spontaneous emission charting of OH* and CH* radicals. Specific algorithms were developed to process the digital pictures, and to extract the coordinates of the reactive zones. The influence of the parameters on the combustion regime has been measured. The domain of flammability grows with increasing temperature and turbulence intensity, and shrinks with the dilution. These observations have been linked to the thickness of the chemically active layers. Turbulence increases species transport, and, when the reactive species are preheated, strengthens the flame against extinction. Increase of temperature and turbulence leads to homogenisation of the spatial properties of both the flame and the flow.