Dynamique non linéaire de fronts de flammes : expériences et modélisation

par Basile Radisson

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur. Energétique

Le président du jury était Christophe Clanet.

Le jury était composé de Gregory Sivashinsky, Guy Joulin, Joël Quinard.

Les rapporteurs étaient Yves d' Angelo, Françoise Baillot.


  • Résumé

    Les flammes de prémélange sont souvent minces devant les échelles de l’écoulement dans lequel elles évoluent. La description de leur dynamique peut alors se réduire à des équations d’évolution pour leur front. Ce manuscrit présente une série d’expériences de laboratoire qui visent à valider la pertinence de telles modélisations. Les expériences sont menées dans une configuration quasi-2D (brûleur de Hele-Shaw) permettant une analyse fine de la dynamique de l’interface. Dans une première partie, l’évolution d’une flamme initialement plane et se propageant dans un écoulement au repos est étudiée. Pour la première fois, une comparaison quantitative de l’évolution non-linéaire avec une équation de type Michelson-Sivashinsky est obtenue. Par ailleurs, on montre que les solutions analytiques de cette équation permettent de prédire certaines propriétés statistiques du front. Ces prédictions restent valables même aux temps longs lorsque le bruit joue un rôle important dans la dynamique. Dans une deuxième partie, l’influence de l’enceinte du brûleur est étudiée. Un nouveau mécanisme de couplage vibroacoustique, propre à cette géométrie confinée,est identifié. Les propriétés de ces modes de structure sont ensuite exploitées pour étudier l’interaction d’une flamme avec un forçage périodique. Enfin, ces flammes quasi-2D, planes en moyenne, sont soumises à un écoulement faiblement turbulent. L’évolution de la vitesse de flamme avec l’intensité du forçage transite d’un régime super-linéaire aux très faibles forçages vers un régime sous-linéaire quand l’intensité turbulente s’approche de la vitesse de flamme laminaire

  • Titre traduit

    Non-linear dynamics of flame fronts : experiments and models


  • Résumé

    In many applications where premixed combustion is involved, the flame thickness is weak compared to the scales of the flow. This property allows to describe the flame frontevolution as an interface dynamics. In this manuscript some experiments are performed in order to check the validity of such models. The experiments are carried out in a Hele-Shaw burner. This quasi-bidimensional configuration allows for an accurate analysis ofthe flame front evolution. First, the dynamics of an initially flat flame propagating in aquiescent flow are analyzed. A quantitative comparison of an experimental flame evolution with the one predicted by a Michelson-Sivashinsky type equation is obtained for the firsttime. Moreover, the analytic pole solutions of this model allows us to predict some statisticproperties of the flame front. These predictions are shown to still be valid at large time,where the external noise plays an important role in the observed dynamics. In a second part, flame/burner interactions are investigated. A new vibroacoustic coupling mechanismis identified. Then, harnessing the properties of this vibroacoustic coupling, the flame issubmitted to an oscillating flow. It allows us to explore some characteristics of the flame response to a time dependent external forcing. Finally, the flame is submitted to a weaklyturbulent flow. The influence of the flow fluctuations intensity on the turbulent flamespeed is explored. The flame speed increase is shown to switch from a sublinear regime atsmall forcing to a superlinear one when the forcing intensity is approaching the laminar flame speed value


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