= Développement d'une méthodologie de diagnostic des suies dans les flammes fondée sur la spectrométrie d'émission dans le proche infrarouge

A nonintrusive diagnostics technique for flame soot based on near-infrared emission spectrometry

• Auteur / Autrice : Işil Ayranci Kilinç
• Direction : Rodolphe Vaillon, Jean-François Sacadura, Nevin Selçuk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique et thermique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lyon, INSA en cotutelle avec Ankara, Université Technique du Moyen-Orient

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tomographie

Rayonnements

Suie

Flamme

Combustion

Résumé

A novel nonintrusive soot diagnostics methodology was developed, validated and applied for in-situ determination of temperature, volume fraction and refractive index of soot aggregates formed inside flames by using near-infrared emission spectrometry. Research was conducted in three main parts, first one addressing development and validation of a comprehensive direct model for simulation of line-of-sight radiative emission from axisymmetric sooty flames by coupling sub-models for radiative transfer, radiative properties and optical constants. Radiative property for soot agglomerates was investigated by experimentally validating DDA method against microwave measurements and using it as a reference to assess applicability of simpler RDG-FA approximation. Part two concerns experimental investigation of an axisymmetric ethylene/air diffusion flame by Fourier Transform Near-Infrared spectroscopy. Measurement of line-of-sight emission intensity spectra was performed along with analyses on calibration, noise, uncertainty and reproducibility. Final part focuses on development, evaluation and application of an inversion methodology that inputs spectral emission intensity measurements from optically thin flames, removes noise, identifies soot refractive index from spectral gradients and retrieves soot temperature and volume fraction fields by tomographic reconstruction. Validation with simulated data and favourable application to measurements indicate that proposed methodology is a promising option for nonintrusive soot diagnostics in flames.

Une méthodologie originale de diagnostique des suies a été développée, validée et mise en œuvre pour la détermination in-situ de la température, la fraction volumique et l'indice de réfraction des agrégats de suie formés dans les flammes, en utilisant la spectrométrie d'émission dans le proche infrarouge. Les travaux ont été conduits en trois parties. La première a concerné le développement et la validation d'un modèle direct complet de simulation de l'émission radiative des flammes sur une ligne de visée. Les propriétés radiatives des agrégats de suie ont été étudiées en validant expérimentalement la méthode DDA avec des mesures micro-ondes et en l'utilisant ensuite pour évaluer l'applicabilité de l'approximation RDG-FA. La deuxième partie a impliqué l'analyse expérimentale de l'émission radiative de flammes de diffusion éthylène/air en mettant en œuvre la spectrométrie à Transformée de Fourier dans le Proche Infra-Rouge. La mesure des flux de rayonnement émis sur une ligne de visée a été réalisée en conjonction avec une analyse de l'étalonnage, du bruit, des incertitudes et de la reproductibilité. La dernière partie a consisté en le développement, l'évaluation et l'application d'une méthodologie d'inversion qui a pour données d'entrée les spectres d'émission de flammes optiquement minces, élimine le bruit, identifie l'indice de réfraction des suies à partir des gradients spectraux et fournit la température et la fraction volumique par reconstruction tomographique. La validation avec des données simulées et une application aux spectres mesurés indiquent que la méthodologie proposée est prometteuse pour le diagnostic non intrusif des suies dans les flammes.