Analyse linéaire et non-linéaire des instabilités de combustion : application aux systèmes à injection multipoints et stratégies de contrôle

par Nicolas Noiray

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Sébastien Candel.


  • Résumé

    Cette thèse de doctorat s’organise autour de la problématique des instabilités de combustion, qui résultent d’un couplage résonant entre des flammes et l’acoustique d’un brûleur. Ce phénomène d’instabilité peut apparaître dans de nombreuses configurations industrielles. Il peut avoir des conséquences particulièrement sérieuses pour les installations (vibration des structures, extinction de flammes, intensification des flux de chaleur vers les parois, rayonnement sonore puissant) et dans des cas extrêmes conduire à l’endommagement d’éléments du système. Ce type de couplage a été largement étudié. Les travaux les plus récents concernent plus spécialement la dynamique de la combustion dans les foyers avancés de turbines à gaz. Les mécanismes élémentaires entrant en jeu sont maintenant bien connus. Il reste cependant beaucoup de questions fondamentales concernant les mécanismes de couplage, la saturation des oscillations conduisant aux cycles limites observés en pratique, les phénomènes de déclenchement non linéaire des instabilités, la commutation de modes apparaissant notamment au cour de transitoires. . . L’effort scientifique important, dans lequel s’inscrit cette thèse, est mené afin de mieux comprendre les phénomènes conduisant à des régimes de combustion instables, de développer des méthodes permettant la prévision des niveaux d’oscillation au cycle limite, et de trouver des solutions efficaces permettant d’empêcher leur apparition. L’étude est à la fois menée sur le plan expérimental et théorique et numérique. Les deux résultats majeurs de cette thèse sont : (1) L’analyse de stabilité non-linéaire, (2) la mise au point d'une nouvelle stratégie de contrôle passif.

  • Titre traduit

    Linear and nonlinear analysis of combustion instabilities : application to multipoint injection systems and passive control strategies


  • Résumé

    Combustion instabilities induced by resonant acoustic-flame coupling occur in manypractical systems and cause severe difficulties and in extreme cases provoke failure or catastrophic damage. In most cases, the combustion process and the flow field are coupled by the system acoustic modes yielding strong oscillations of the flow and release of heat within the system. The problem has been extensively investigated over a number of years and a considerable amount of information has been gathered on the basic driving and coupling mechanisms. The present thesis aims at answering some of pending questions by combining systematic experiments, with theoretical modeling and numerical simulation. Theoretical developments are devised to model the physical phenomena encountered in the experimental layout. Numerical simulations are also used to complement the experimental and analytical work. The important results of this work are : (1) The nonlinear framework relying on the flame describing function (FDF). This constitutes a substantial progress in the understanding of mechanisms yielding limit cycles and of other nonlinear processes such as hysteresis or instability triggering, which are commonly observed in combustion applications. (2) the original passive control strategy which was developped and uses a dynamical phase converter (DPC) to reduce the sensitivity of the flame collection to incident perturbations (patent has been filed on this basis).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (X-174p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 153 références

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH 64446
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