Interaction entre la zone réactionnelle et le champ de concentration des suies : cas de la flamme de diffusion laminaire ausein d'une couche limite

par Andrés Fuentes

Thèse de doctorat en Energétique, thermique, combustion

Sous la direction de Pierre Joulain.

Soutenue en 2006

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
• Fluorescence induite par laser
• Chimiluminescence
• Gravité réduite
• Incandescence induite par laser

Résumé

La propagation co-courante d'une flamme de diffusion établie au sein d'une couche-limite est étudiée. Résultant principalement des perturbations induites par les forces de flottabilité à gravité terrestre, la difficulté à générer un écoulement stationnaire à faible vitesse a conduit au développement d’un dispositif expérimental permettant d'effectuer des essais dans un environnement en apesanteur. Partant d’observations expérimentales antérieures, une première approche numérique originale a été développée, démontrant d'une part l’importance du transfert radiatif sur la structure de la flamme, et d'autre part le rôle prépondérant de la suie sur le phénomène d'extinction en queue de flamme. L'influence de la vitesse de l'écoulement forcé, la teneur en oxygène de l'oxydant et la vitesse d'injection du combustible sur la géométrie de la flamme est examinée par imagerie de la chimiluminescence des radicaux CH* et OH*. L’Incandescence Induite par Laser (LII) a été adaptée au contexte de l’étude afin d’évaluer les champs de concentration de suie produite par la flamme. La formation des particules a également été corrélée à des mesures de concentration des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) par Fluorescence Induite par Laser (LIF). L'interaction entre la zone réactionnelle et le champ de formation/oxydation des suies est caractérisée de sorte à analyser la longueur de la flamme résultante et à rassembler les premières données expérimentales permettant la validation complète d’une future modélisation numérique de la formation et de l’oxydation des suies au sein de ce type flamme.

Titre traduit

Interactions between reaction zone andsoot field in a laminar boundary layer type diffusion flame : application to the waste incineration

Résumé

The concurrent spreading of a boundary layer type diffusion flame is studied. The impossibility of obtaining a low velocity laminar flow without any perturbation induced by buoyancy has lead to the development of an experimental apparatus for use in micro-gravity facilities. Based on previous experimental observations, an original numerical approach has been developed showing, first the dominating role of the radiative heat transfer on the structure of the flame and second the major role of the soot on the extinction phenomenon at the flame trailing edge. The influence of the forced flow velocity, the fuel injection velocity and oxygen concentration on the geometry of the flame has been examined by imaging of CH* and OH* radicals spontaneous emission. Laser-Induced Incandescence (LII) is used to determine the soot field concentration in the flame. The soot formation has been studied by Laser Induced Fluorescence (LIF) of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs). The interaction between the reaction zone and the field of soot formation/oxidation is taken into account to analyze the flame length. These results can be used as the experimental input data for a future complete validation of numerical model simulating the soot formation and oxidation in this kind of flame.