Étude énergétique des instabilités thermo-acoustiques et optimisation génétique des cinétiques réduites

Energetic study of combustion instabilities and genetic optimisation of chemical kinetics

• Auteur / Autrice : Charles-Etienne Martin
• Direction : Bénédicte Cuenot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinétique chimique

Algorithmes génétiques

Turbines à gaz

Mots clés libres

Combustion turbulente

Simulation aux grandes échelles

Instabilités thermo-acoustiques

Résumé

L'adoption de mode de combustion prémélangée pauvre pour limiter les émissions polluantes dans les turbine à gaz, réduit considérablement la marge de stabilité de flammes en les rendant sensibles aux perturbations de l'écoulement. L'apparition d'instabilités de combustion est alors devenu un problème récurrent pour les concepteurs. La simulation aux grandes échelles (LES) devient un outil de simulation précis et performant, capable de capturer les instabilités de combustion. Sa précision repose pour partie sur certains modèles. Pour cela, cette thèse traite en partie de la modélisation de la chimie. L'optimisation des schémas cinétiques permet d'obtenir la précision requise sur les taux de combustion dans les simulations. Cette étude met en avant la capacité de la LES réactive compressible à capturer des instabilités thermo-acoustiques. L'analyse du bilan énergétique de l'acoustique prouve l'importance de la prise en compte des impédances acoustiques aux limites de la chambre.

Current gas turbines are operating in a lean premixed combustion mode in order to comply with pollutants emissions norms. Such combustion mode, reduces drastically the flame stability and combustors are then more prone to develop combustion instabilities. The prediction of the combustor stability is still a major challenge for combustion chambers design. Large Eddy Simulation (LES) recently proved to be a powerfull tool too study turbulent combustion and is able to capture major phenomena involved in combustion instabilities. This work describes a tool dedicated to the optimisation of chemical kinetics in order to provide acurate chemical modelling in simulations. Then LES simualtion have been conducted to capture the instable behavior of a laboratory burner. Moreover, acoustic energy budget closure shows the major role of boundary acoustic fluxes for combustors stabiliy.