Modélisation avancée de la combustion turbulente diphasique en régime de forte dilution par les gaz brûlés

par Nicolas Enjalbert

Thèse de doctorat en Energétique

Sous la direction de Pascale Domingo et de Luc Vervisch.

Soutenue le 16-12-2011

à Rouen, INSA , dans le cadre de École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016) , en partenariat avec Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Frédéric Grisch.

Le jury était composé de Bernard Labégorre, Vincent Moureau, Ronan Vicquelin.

Les rapporteurs étaient Michel Champion, César Dopazo.

mots clés

• Combustion diphasique
• Combustion turbulente
• Mécanique des fluides
• LES
• Spray
• Simulation numérique
• Combustion -- Modèles mathématiques

Résumé

Afin de contribuer à l'amélioration des simulations numériques de foyers industriels avec recycle de gaz brûlés et combustible liquide, la modélisation de la combustion turbulente non prémélangée est abordée sous deux de ses aspects : le traitement des problèmes diphasiques et la prise en compte des configurations complexes de mélange (dilution, recirculation interne).Une flamme spray éthanol/oxygène diluée par du dioxyde de carbone est d'abord calculée en LES dans un formalisme Euler-Lagrange et une chimie détaillée pour une résolution atteignant 250 µm. Les conditions d'injection du brouillard de gouttes sont déterminées à partir de mesures expérimentales de granulométrie et d'anémométrie phase Doppler.Dans une seconde partie, un nouveau formalisme de description de la combustion turbulente, basé sur l'introduction de temps caractéristiques de l'histoire du mélange est développé, puis validé en LES sur le cas de référence d'une flamme jet dans un écoulement co-courant vicié.

mots clés

• Turbulent combustion

Titre traduit

Advanced modeling of two phase turbulent combustion with strong dilution by burnt gases

Résumé

As a contribution to the improvement of numerical simulations of industrial furnaces with flue gas recirculation and liquid fuel, two aspects of the non-premixed turbulent combustion modeling are addressed: the handling of two-phase problems and the treatment of complex mixing configuration, such as dilution and internal recirculation. An ethanol/oxygen spray flame is first solved in an LES, following an Euler-Lagrange formalism, with detailed chemistry and at a resolution reaching 250 µm. The spray injection conditions are determined from granulometry and Doppler-phase anemometry measurements. In a second part, a novel formalism to describe turbulent combustion is developed, based on the introduction of characteristic timescales of the mixing history. It is then validated on the reference case of a jet flame in a vitiated co-flow.