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Contrôle actif des instabilités de combustion dans les turbines à gaz
| Auteur / Autrice : | Nicolas Robart |
| Direction : | Thierry Poinsot |
| Type : | Thèse de doctorat |
| Discipline(s) : | Dynamique des fluides |
| Date : | Soutenance en 2000 |
| Etablissement(s) : | Toulouse, INPT |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Les instabilités de combustion sont des phénomènes néfastes dans les turbines à gaz. Elles sont la conséquence d'un couplage entre la réaction chimique et l'acoustique de la chambre de combustion. Une voie pour lutter contre ces instabilités est le contrôle actif de la combustion. La spécificité de ce travail vient de la complexité de l'écoulement diphasique étudié. Cet écoulement est produit par un injecteur de turboréacteur de géométrie industrielle qui forme un jet d'air vrillé axisymétrique au centre duquel sont injectées des gouttelettes de carburant. La principale tâche consiste à développer et tester des actionneurs agissant sur le mélange. Les actionneurs utilisés sont basés sur 4 petits jets d'air à haute vitesse et ont été choisis suite à une étude complète des techniques existantes. Des mesures de granulométrie, de vitesse d'air et des visualisations de répartition spatiale des gouttes ont montré l'influence des actionneurs sur le spray. Parmi les actionneurs développés, certains ont été capable de diminuer la taille des gouttes, de modifier la répartition spatiale des gouttes, et de modifier le champ aérodynamique dans l'injecteur. Ces actionneurs ont été associés à une vanne haute fréquence permettant de pulser l'air jusqu'à plus de 400 Hz. Les actionneurs les plus efficaces sur le mélange ont été testés sur un banc expérimental avec combustion. Ils ont permis d'exciter la flamme à des fréquences de l'ordre des fréquences naturellement instables (de 350 à 450 Hz) du brûleur, ce qui laisse envisager la faisabilité du contrôle en boucle fermée à ces fréquences. Une autre voie a été explorée, elle consiste à alimenter les actionneurs en continu et observer si les effets sur le mélange suffisent à modifier la stabilité de la flamme. Cette voie a permis de lutter à certains régimes contre les instabilités, et plus systématiquement contre le "flashback". Améliorer ces résultats nécessite d'utiliser des stratégies de contrôle en boucle fermée.