Etude du mélange et de la combustion dans les flammes jets subsoniques à haute vitesse : influence des vitesses, des densités et de la composition du combustible

par John Grondin

Thèse de doctorat en Energétique, thermique, combustion

Sous la direction de Marc Bellenoue.


  • Résumé

    Ce travail a été entrepris dans le cadre de l'optimisation de la combustion des flammes jets dans les chambres de combustion de propulseurs aérobie. L'étude porte sur la caractérisation expérimentale de l'influence du rapport de vitesse r=Uair/Ucombustible, du rapport de masse volumique s=þair/þcombustible, ainsi que de la nature du combustible (H2 et mélange CH4/H2) sur le mélange et la combustion. Il apparaît que le rapport s n'influe pas sur le mélange, alors qu'une diminution du rapport r entraîne une augmentation du mélange. La nature du combustible (composition du mélange) n'a pas non plus d'influence sur le mélange. On observe ainsi un mélange principalement piloté par le mélange aérodynamique (diffusion moléculaire négligeable devant la diffusion turbulente). L'étude de la combustion a montré que les rapports r et s n'ont pas d'influence sur le taux de combustible brûlé. Contrairement à la composition chimique du mélange, où l'on observe une diminution du taux de combustible brûlé avec l'introduction du méthane dans le mélange. Du fait d'une cinétique chimique plus lente du CH4, on voit apparaître des extinctions locales de la flamme. Elles sont d'autant plus importantes que la proportion de CH4 augmente. L'étude du dégagement de chaleur dans le cas de la flamme H2/air révèle que la diminution du rapport r entraîne une augmentation de ce dernier. Enfin nous avons pu mettre en évidence une longueur de combustion conditionnée par la présence du confinement (via l'accélération des écoulements extérieurs).

  • Titre traduit

    Study of mixing and combustion in subsonic jet flames in high speed flow, influence of velocity, density and composition of fuel


  • Résumé

    This study deals with combustion optimization of subsonic jet flames in the combustion chambers of air breathing propulsion systems. The effects of velocity ratio r=Uair/Ufuel, density ratio s=þair/þfuel and mixture composition (H2 and CH4/H2 mixture) on mixing and combustion are characterized experimentally. We evidence that mixing is not affected by the density ratio, whereas it increases with decreasing velocity ratio. The mixture composition does not affect the mixing either. Therefore results display a mixing drive by the aerodynamic mixing: the molecular diffusion is unimportant compared to the turbulent diffusion. The combustion study shows that the velocity ratio and the density ratio do not affect the fuel consumption rate; whereas it decreases with the increasing methane introduction in the mixture CH4/H2. Due to the slower chemical kinetics of CH4/air combustion, local flame extinctions arise. The sudy of heat release in the H2/air flame shows an increase with decreasing velocity ratio. Finally, we put forward a conditioned combustion length due to the containment, owing to the external flow acceleration.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (227p.)
  • Annexes : Bibliogr. 182 réf.

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