Contribution à l'étude de la Transition déflagration détonation (TDD) dans des mélanges gazeux binaires H2/C3H8/Air

par Guanbing Cheng

Thèse de doctorat en Energétique, thermique, combustion

Sous la direction de Pascal Bauer et de Ratiba Zitoun.


  • Résumé

    Cette étude traite de la détonation et de la Transition Déflagration Détonation, TDD, en conduite dans les mélanges binaires H2/C3H8-Air. L'accent est mis sur les mécanismes d'accélération de flamme en présence d'obstacles. Les grandeurs caractéristiques de détonation autonome (célérité, pression et taille de cellule) et la distance de TDD ont été mesurées pour différentes richesses et proportions d'hydrogène dans le propane. En particulier, les effets de l'obstacle (longueur et nature) et du diamètre du tube sur la TDD ont été examinés. Les résultats montrent que les corrélations classiques Taille de cellule - Longueur d'induction chimique pour la détonation et Taille de cellule - Longueur de transition pour la TDD - bien établies pour les mélanges simples - restent valables pour ces mélanges binaires. L'addition du C3H8 à H2 diminue la détonabilité du combustible binaire. Des visualisations d'accélération de flamme par ombroscopie ont été réalisées à l'aide de caméras ultra-rapides dan le but d'identifier les mécanismes physiques contrôlant ce processus pour différentes configurations d'obstacles. Les enregistrements ont mis en évidence deux phases de propagation. Dans la première, les instabilités intrinsèques de la flamme, l'augmentation de sa surface ainsi que la combustion turbulente retardée - résultant de la zone de recirculation entre deux obstacles successifs - jouent un rôle prédominant. Dans la deuxième, l'accélération est contrôlée par l'interaction du front de flamme et des ondes de choc réfléchies sur les obstacles ou sur les parois du confinement. Il en résulte une forte accélération de la flamme avec établissement d'un régime de blocage thermique qui, dans certaines conditions, mène à l'apparition de la détonation.

  • Titre traduit

    Contribution to the study of the Transition from deflagration to detonation in the binary gaseous mixtures H2/C3H8-Air


  • Résumé

    This study analyses the processes of detonation and transition from deflagration to detonation (DDT) in the binary gaseous mixtures H2/C3H8-Air contained in squared- or circular-section tubes. Focus is on the mechanisms of flame acceleration when obstacles are positioned in the tubes. The characteristic properties of the self-sustained detonation (velocity, pressure and cell size) and the DDT distance were measured for various equivalence ratios and hydrogen proportions in the propane. In particular, the effects on the DDT of the nature and length of the obstacle and of the tube diameter were investigated. Results show that the classical correlations as the detonation cell size - the chemical induction length, and the detonation cell size - the distance to DDT - well-established for simple mixtures - also apply to the considered H2/C3H8-Air binary fuels mixtures. The addition of C3H8 to H2 decreases the detonability of the binary fuels. Visualization of flame acceleration based on a shadow technique was performed by means of high-speed camera to identify the predominant physical mechanisms under different obstacle configurations. Shadow records have evidenced two stages. The first shows the predominant role of the flame intrinsic instabilities and area increase, as well as that of the delayed turbulent combustion resulting from the recirculation zone between two successive obstacles. The second shows that acceleration is controlled by the interaction of the flame front and the shock waves reflected on the obstacles or the tube walls. This leads to a strong flame-acceleration up to the "choking" regime which, under specific conditions, results in detonation initiation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (184 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 151-158

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