Étude numérique de l'allumage diphasique de foyers annulaires multi-brûleurs

Numerical study of two-phase ignition in annular multi-burner combustors

• Auteur / Autrice : Théa Lancien
• Direction : Olivier Gicquel, Ronan Vicquelin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Combustion
• Date : Soutenance le 04/10/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Christine Mounaïm-Rousselle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Gicquel, Ronan Vicquelin, Christian Tenaud, Michel Cazalens, Sébastien Candel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bénédicte Cuenot, Luc Vervisch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Feu -- Production et usage

Chambres de combustion

Combustion multiphasique

Mots clés libres

Combustion diphasique

Allumage circulaire

Propagation de flamme

Two-Phase Combustion

Light-round

Flame propagation

Résumé

La phase d’allumage est une composante critique à prendre en compte lors de la conception et du dimensionnement d’une chambre de combustion aéronautique, en particulier lorsque de nouvelles technologies ou architectures sont envisagées dans l’objectif de réduire les émissions de polluants causées par la combustion de carburants d’origine fossile. Il est donc primordial d’atteindre une compréhension détaillée du processus complexe qu’est l’allumage dans des conditions réalistes afin d’être en mesure de choisir les meilleures géométries qui assurent un fonctionnement fiable, stable et sûr des moteurs tout au long de leur cycle de vie. Des simulations aux grandes échelles de l’allumage circulaire d’une chambre de combustion annulaire avec injection de carburant liquide sont réalisés pour trois points de fonctionnement et comparées avec les données expérimentales en termes de structure de flamme et de délai d’allumage. Une analyse détaillée des trois séquences d’allumage numériques permet d’identifier certains aspects clés de la propagation de la flamme dans le mélange froid diphasique. Enfin, les pertes thermiques aux parois sont prises en compte, dans l’objectif d’évaluer la capacité de la simulation à retrouver la forte chute de la vitesse de propagation observée expérimentalement lorsque les parois sont à température ambiante.

Ignition is one of the critical issues that arise in the design and dimensioning of aeronautic combustors, in particular when new technologies are envisioned to reduce the amount of pollutants generated by the combustion of fossil fuels. It is therefore important to achieve a detailed understanding of this complex process in realistic conditions in order to enable informed design choices leading to reliable, stable and safe operation of the engines.Large eddy simulations of the light-round with two phase injection are carried out for three operating conditions and compared to experimental data in terms of flame structure and global duration. The liquid phase is described with a mono-disperse Eulerian approach.A detailed analysis of the three numerical light-round sequences allows to identify some key aspects of the flame propagation in the two-phase mixture. Interactions between the flame, the flow field and the liquid sprays create heterogeneities in the liquid repartition and wakes on the downstream side of the swirling jets formed by the injectors, with notable effects on the motion of the leading point and on the absolute flame velocity.Finally, heat losses at the walls are accounted for during the light-round in order to assess the simulation's ability to retrieve the marked slowdown of the flame propagation observed experimentally when the quartz walls are at ambient temperature.