Effet d’un champ magnétique et d’un champ électrique continu sur le comportement d’une flamme laminaire de diffusion. Impact sur les émissions des suies.

Effect of a magnetic field and a DC electric field on the behavior of a laminar diffusion flame. Impact on soot emissions.

• Auteur / Autrice : Herisitraka Badat
• Direction : Brahim Sarh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 14/12/2020
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...)
• Jury : Président / Présidente : Najib Laraqi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Brahim Sarh, Laure Pillier, Mehrdad Nikravech, Ahmed Khacef, Virginie Gilard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laure Pillier, Mehrdad Nikravech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Jets -- Fluides, Dynamique des

Champs magnétiques

Champs électriques

Vent ionique

Suie

Mots clés libres

Flickering

Liftée

Résumé

L’impact d’un champ électrique continu et d’un champ magnétique sur la stabilisation d’une flamme laminaire de diffusion de jet simple de CH4 et de jets coaxiaux de CH4/air, accroché ou liftée avec instabilité de flickering, ainsi que sur la modification de la production de particules de suie est étudié. Pour la flamme sous champ magnétique généré par un électroaimant, le brûleur coaxial est placé à l'intérieur de l'aimant à deux positions correspondant à un gradient magnétique positif et négatif. Sous ce champ, l'attraction de l'oxygène paramagnétique au niveau du front de flamme conduit à modifier la fréquence de scintillement, la hauteur de portance, ainsi que la luminosité visible de la flamme. Ce changement de luminosité est corrélé à la modification de la production de suie dans la flamme par la modification de la stoechiométrie, la température locale et le temps de séjour. Pour la flamme de jet simple de CH4, un champ électrique généré entre le brûleur et une grille (électrode), placée à différentes distances du brûleur, a permis de montrer une réduction de la longueur moyenne de flamme, une diminution de la luminescence de CH* et une disparition de l’instabilité de flickering quand l’intensité du champ augmente. Une forte instabilité de la flamme réapparait si on dépasse une valeur critique du champ électrique. L’évolution de la valeur du courant suivant la tension appliquée est corrélée avec le comportement de la flamme. Le champ électrique appliqué à la flamme partiellement prémélangée de CH4/air, a permis de rattacher la flamme initialement liftée au brûleur et à diminuer sa fréquence d’oscillation (flickering). Le déplacement des ions présents dans la flamme sous champ électrique, induit un effet dynamique appelé vent ionique ainsi qu’une ionisation, modifiant ainsi le comportement de la flamme. Enfin, nous avons conduit des mesures de suies par extinction/diffusion dans une flamme méthane/acétylène sous champ électrique. L’application d’un champ électrique de différentes intensités a permis de montrer une réduction de la fraction volumique et une modification de la distribution de tailles de suies. Cette diminution est couplée avec la diminution de la luminosité dans le visible de la flamme observée lorsqu’on applique le champ.

The impact of a DC electric field and a magnetic field on the stabilization of a laminar CH4 jet diffusion flame and CH4 / air coaxial jets diffusion flame, attached or lifted with the instability of flickering are studied. The impact of these fields is also studied on modification of soot particles production. For the flame under, magnetic field generated by an electromagnet, coaxial burner is placed inside the magnet at two positions corresponding at a positive and negative magnetic gradient. Under this field, the attraction of paramagnetic oxygen at the flame front leads to modify the flickering frequency, the lift height, as well as the visible luminosity of the flame. This change in luminosity is correlated with soot production modification in the flame through the stoichiometry, local temperature, and residence time. For the CH4 single jet flame, an electric field generated between the burner and a grid (electrode), placed at different distances from the burner, showed a reduction in the average flame length, a decrease in CH* luminescence, and disappearance of the instability of flickering when the intensity of the field increases. Strong instability of the flame appears if a critical value of the electric field is exceeded. The change in the value of the current according to the applied voltage is correlated with the behavior of the flame. The electric field applied to the partially premixed CH4/air flame made it possible to re-attach the flame initially lifted to the burner and reduce its frequency of oscillation (flickering). The displacement of the ions present in the flame under an electric field induces a dynamic effect called ionic wind as well as ionization, thus modifying the behavior of the flame. Finally, we carried out soot measurements by extinction/diffusion in methane/acetylene flame under an electric field. The application of an electric field of different intensities (positive) showed a reduction in the volume fraction and a change in the size distribution of soot. This decrease is coupled with the decrease in the visible luminosity of the flame observed when the field is applied.