Propriétés optiques des gaz : modélisation du rayonnement émis par un nuage de gaz et de particules en expansion

par Pierre Vasseur

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Philippe Hervé.

Soutenue en 2008

à Paris 10 .

mots clés

• Gaz
• Rayonnement
• Combustion
• Rayonnement infrarouge
• Spectroscopie infrarouge
• Transfert radiatif

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l’étude des propriétés radiatives des gaz. Afin de déterminer le coefficient d’absorption monochromatique d’alcanes, d’alcènes et du dioxyde de carbone, deux dispositifs de mesure de la transmission spectrale des gaz ont été mis au point en collaboration avec la société MBDA. A partir des premières mesures, le coefficient d’absorption monochromatique a été calculé pour le méthane, l’éthane, l’éthylène et le propylène pour des pressions de 2 à 50bar et des températures de 300 à 800K. Les secondes ont permis de déterminer celui du dioxyde de carbone à 1bar pour des températures de 300 à 1100K. Des modèles d’évolution du coefficient d’absorption monochromatique en fonction de la température sont proposés pour ces gaz à différentes pressions. A partir de ces modèles ainsi que de mesures de luminance, l’inversion mathématique de l’équation de transfert radiatif d’un milieu semi-transparent homogène et non diffusant a permis de retrouver les profils de température et de concentrations dans un statoréacteur. Une modélisation du rayonnement émis par un nuage de gaz et de particules en expansion issu d’un explosif solide a été mise au point pour le Centre d’Etude de Gramat (DGA). Cette modélisation fait partie d’un projet d’étude du rayonnement émis par un nuage de gaz et de particules en expansion. Des expériences sur des explosions seront réalisées pour vérifier la validité des différents modèles. L’influence des paramètres du modèle est étudiée et des mesures spectrales sur des déflagrations ont permis sa validation.

Titre traduit

Optical properties of gas : modelisation of the emitted radiation by a cloud of gas and particule in expansion

Résumé

The objective of this thesis is to study the radiative properties of gases. In order to determine the monochromatic absorption coefficient of alkanes, alkenes and carbon dioxide, two measurement systems for the spectral transmission of gases were developed together with the MBDA Company. From the first measurements, the monochromatic absorption coefficient was calculated for methane, ethane, ethylene and propylene for pressures of 2 to 50bar and temperatures of 300 to 800K. Through the second measurements, that of carbon dioxide was determined for 1bar and temperatures of 300 to 1100K. Evolution models for the monochromatic absorption coefficient depending on temperature are presented for those gases at different pressures. From these models and from luminance measures, the mathematical inversion of the radiative transfer equation for a semi-transparent, homogeneous and non-disseminating environment made it possible to define the temperature and concentration profiles in a ramjet. A model of the radiation emitted by an expanding cloud of gas and particles coming from a solid explosive was developed for the research center of Gramat (DGA). This model is part of a research done on the radiation emitted by an expanding cloud of gas and particles. Experiments on explosions will be made to check validity of the different models. The influence of the model parameters was studied and a validation was achieved through spectral measurements on deflagrations.