Phénoménologie et calculs numériques de la propagation d'une flamme prémélangée hydrogène-air pauvre dans un milieu turbulent

par Aurélie Faix-Gantier

Thèse de doctorat en Énergie, thermique, combustion

Sous la direction de Pascal Bruel et de Bruno Deshaies.

Soutenue en 2001

à Poitiers , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers ; 1992-2008) , en partenariat avec Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées (autre partenaire) .

mots clés

• Combustion
• Simulation par ordinateur

Résumé

Ce travail de doctorat a pour objet l'étude de la propagation d'une zone de combustion dans un milieu turbulent constitué d'un mélange pauvre hydrogène-air. Le but est de préciser les caractéristiques d'une telle propagation ainsi que les modèles de combustion et de turbulence nécessaires à l'étude numérique de celle-ci, compte-tenu des spécificités introduites par la nature des mélanges combustibles et les caractéristiques du confinement dans lequel s'effectue la propagation. Le champ d'application d'une telle étude est la prévention des accidents et la maîtrise du risque hydrogène dans les enceintes de réacteurs nucléaires.

Titre traduit

Phenomenology and numerical calculations of lean hydrogen-air premixed flame propagation in a turbulent flow

Résumé

This thesis concerns the study of flame propagation in a turbulent flow of lean hydrogen-air mixtures. The aim is to precise the characteristics of propagation as well as combustion and turbulence models able to take into account the pecularities of these mixtures. This research work is related to the prevention of firehazards associated with accidental release of hydrogen within the reactor of a nuclear power plant. In a first part, the scales (the flame velocity and thickness) associated with the laminar flame propagation in hydrogen-air mixtures are studied. A specific attention is devoted to the intrinsic instability properties of such flames. Then, the turbulence scales potentially present within a reactor are estimated in order to allow for the determination of the regimes of combustion that might be present within the reactor and among which the flamelet regime appears to be conceivable. In a second part, starting with the analysis of the propagation properties of a mean reaction zone calculated with a flamelet model, we show that, with an adequate tuning of the parameter appearing in the mean reaction rate expression, it is possible to predict numerically the turbulent flame speeds available with the litterature.