Etude expérimentale de la stabilisation de flammes propane-air de prémélange par décharges nanosecondes impulsionnelles répétitives

par Guillaume Pilla

Thèse de doctorat en Énergétique et physique

Sous la direction de Christophe Laux.


  • Résumé

    La réduction des émissions polluantes est devenue un enjeu industriel majeur dans la conception des moteurs aéronautiques. Pour diminuer ces émissions une stratégie prometteuse est la combustion prémélangée pauvre. Cependant, les régimes de fonctionnement pauvre des brûleurs montrent souvent des problèmes de stabilité qu'il faut éliminer. Les travaux présentés ici concernent l'étude expérimentale de la stabilisation de flammes prémélangées pauvres par une décharge nanoseconde impulsionnelle répétitive produisant des impulsions de tension de durée 10 ns, d'amplitude 0-10 kV et à cadence jusqu'à 100 kHz. Nous montrons qu'il est possible d'étendre les domaines de stabilité de flammes propane-air prémélangées turbulentes vers des régimes plus pauvres, avec une puissance plasma très faible, inférieure à 1 % de l'énergie dégagée par la flamme. L'étude microscopique de l'interaction flamme/plasma montre que la décharge conduit à l'excitation de nombreuses molécules du gaz et à la création d'intermédiaires réactionnels accélérant la cinétique de combustion. L'étude de la température du gaz met en évidence un chauffage du gaz localisé dans la zone de la décharge de quelques centaines de degrés Kelvin. La conclusion de ces expériences est que la stabilisation étudiée ici est obtenue par un double effet chimique et thermique. L'implantation du dispositif de décharge plasma sur un injecteur propane-air swirlé et confiné de 50 kW montre la possibilité de stabiliser une flamme de ce type en créant une décharge sur le pourtour de l'injecteur

  • Titre traduit

    Experimental study on the stabilization of Propane-Air premixed flames using nanosecond repetitively pulsed discharges


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    The reduction of pollutant emissions has become a major industrial concern for the design of aeronautical engines. The lean premixed combustion is a promising way to reduce these emissions. Nevertheless, stability issues appears in engines when operating in lean conditions. The work presented here concerns the experimental study of the stabilization of propane-air premixed flames using nanosecond repetitively pulsed discharge producing pulses of 10 ns in duration, 0-10 kV in amplitude and with a repetition rate up to 100 kHz. We show that it is possible to extend the domain of existence of the flame through leaner operating regimes, with a low plasma power input, corresponding to less than 1 % of the flame power. A microscopie study of the f1ame/plasma interaction shows that the discharge leads to the excitation of numerous molecules in the gas and to radicals formation which can accelerate the combustion kinetic. The study of the gas temperature evidences a localized gas heating of a few hundreds of Kelvins in the discharge zone. The conclusion of these experiments is that the stabilization is obtained with both a chemical and a thermal effect. The use of the plasma discharge device on a confined swirled propane-air injector of 50 kW demonstrates the possibility to stabilize this kind of flame creating a discharge in the surrounding of the nozzle.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XVIII-174 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 70 références

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  • Cote : TH 64614
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