Etude des instabilités de combustion dans les statoréacteurs

Study of combustion instabilities in ramjets

• Auteur / Autrice : Jean-Michel Samaniego
• Direction : Thierry Poinsot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance en 1992
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Hydrodynamique

Acoustique

Mots clés libres

Statoréacteur

Impact de jets

Imagerie conditionnelle

Résumé

Ce travail concerne l'étude des instabilités de combustion dans les statoréacteurs. La géométrie étudiée est celle des statoréacteurs a prises d'air latérales. Cette configuration se caractérise par la présence d'impact de jets. Dans une première partie introductive, les instabilités de combustion dans les statoréacteurs sont présentées à partir de la notion de mécanisme élémentaire. Ensuite, le dispositif expérimental développé dans le cadre de cette thèse comprenant un foyer bidimensionnel alimente par un prémélange air/propane - ainsi que les moyens de diagnostics employés, sont décrits. L'écoulement moyen dans le foyer, avec et sans combustion, est étudié expérimentalement à l'aide de mesures de vélocimétrie fil chaud et de visualisations des champs du taux de réaction par émission de radicaux. Ces résultats permettent une première description de l'écoulement et sont utilisés par la suite à titre de comparaison avec les régimes instables. Dans les deux premières parties, deux régimes d'instabilité de combustion basse fréquence (~ 500 Hz) sont identifiés: un mode pauvre (richesse=0. 85) et un mode riche (richesse=1. 20). Ils sont étudiés a l'aide de visualisations en strioscopie en cinématographie rapide et d'une technique d'imagerie d'émission par moyenne de phase par l'emploi d'une camera CCD intensifiée. Les instabilités se caractérisent par des battements de jets et un comportement complexe des zones de réaction. L'analyse des résultats montre que ces instabilités résultent du couplage de l'acoustique du foyer, du battement des jets et de la combustion instationnaire. L'établissement de cartographies spatiales de l'indice de Rayleigh permet de distinguer les deux modes d'instabilité sur la base du comportement instationnaire des zones de réaction. Deux modèles monodimensionnels d'instabilité de combustion sont développés et confrontés aux résultats expérimentaux. Ces modèles s'appuient sur les observations expérimentales et prévoient de manière satisfaisante les plages d'instabilité du foyer.