Analyse expérimentale des oxy-flammes turbulentes non-prémélangées de gaz à faible pouvoir calorifique

by Xavier Paubel

Doctoral thesis in Énergétique

Under the supervision of Armelle Cessou.

defended on 2007

in St Etienne du Rouvray, INSA .


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  • Abstract

    L'utilisation de combustibles à faible pouvoir calorifique, comme les gaz de rejets industriels ou les gaz dérivés du charbon ou de la biomasse, est une solution envisagée pour répondre à l'épuisement des ressources énergétiques fossiles traditionnelles, comme le gaz naturel et le pétrole. Les compositions variées de ces combustibles dans un domaine de faible PCI posent des problèmes cruciaux de stabilité de flammes et d'émissions polluantes. Un brûleur quadri-coaxial de 25kW a ainsi été conçu pour opérer avec des mélanges combustibles variés de gaz à faible PCI à l'aide d'un gaz d'appoint à plus fort PCI et d'oxygène comme comburant. Il se compose, du centre à la périphérie, d'injections successives d'oxygène (O2i), de gaz de haut fourneau (BFG), de méthane (CH4) et d'oxygène (O2e). La grande variété de flammes ainsi générées a été classée en différents modes de combustion. La flamme pilote CH4-O2e générée est toujours accrochée au nez de l'injection et garantit ainsi la stabilité de l'ensemble. La flamme centrale O2i-BFG peut rester accrochée au brûleur (type 1), ou se décrocher (type 2) et former une zone de réaction annulaire de type diffusion (type 2a) ou non-annulaire de type pré-mélangée (type 2b), ou enfin disparaître (type 3). Ces structures de flamme ont été caractérisées ^par imagerie et spectroscopie de chimiluminescence. Les champs aérodynamiques des écoulements réactifs et non-réactifs, ainsi que les champs de fraction de mélange non-réactifs ont été mesurés par PIV et PLIF. L'ensemble de ces résultats a permis de mettre en avant des échelles de longueur et de vitesse pertinentes pour la détermination de critères de stabilité sur la géométrie de ces flammes. La transition entre le type 1 et les autres est pilotée par une compétition entre la chimie de O2i-BFG et leur mélange organisé par les grandes structures. La transition entre les types 2a, 2b et 3 est décrite par le mélange de jets coaxiaux O2i-BFG et le rapport de leurs vitesses. Les paramètres déterminés à l'échelle du laboratoire ont ensuite été corroborés à l'échelle semi-industrielle de 500 kW.

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Informations

  • Details : 1 vol. (224 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 219-224

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  • Library : Université de Rouen. Service commun de la documentation. Section sciences site Madrillet.
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  • Odds : 07/ISAM/0024
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