Etude d'une flamme non prémélangée caractéristique d'un incendie en présence d'un écoulement forcé PDF Download
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LES INCENDIES DE LOCAUX DOMESTIQUE OU INDUSTRIEL SONT TRES SOUVENT ATTISES PAR UN VENT OU UN COURANT D'AIR. L'ASPECT DEVASTATEUR EST ALORS CONSIDERABLEMENT AMPLIFIE. CE TRAVAIL DE RECHERCHE EVALUE L'INFLUENCE D'UN ECOULEMENT FORCE SUR LA STRUCTURE DE FLAMME D'UN FEU DE NAPPE A SURFACE HORIZONTALE. LA COMBUSTION D'UNE LARGE GAMME DE POLYMERES EST PARTIELLEMENT SIMULEE PAR L'INJECTION D'UN HYDROCARBURE GAZEUX AU TRAVERS D'UN BRULEUR POREUX, PLAN THERMOSTATE, PLACE AU SEIN D'UNE SOUFFLERIE DE SECTION RECTANGULAIRE. LA TAILLE DU DISPOSITIF EXPERIMENTAL SE SITUE ENTRE L'ECHELLE DE LABORATOIRE ET LA VRAIE GRANDEUR, AFIN DE PERMETTRE DE STABILISER UNE FLAMME AYANT LES PHENOMENES PHYSIQUES DEJA CARACTERISTIQUES DE CEUX D'UN INCENDIE. POUR PLUSIEURS VALEURS DES PARAMETRES PRINCIPAUX DE L'EXPERIENCE (PUISSANCE CALORIFIQUE DU FOYER, SURFACE DE PYROLYSE SIMULEE, VITESSE DE L'ECOULEMENT FORCE, GEOMETRIE DU DISPOSITIF), LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT EST IDENTIFIEE DANS ET HORS DE LA ZONE REACTIVE. POUR CELA, UNE TECHNIQUE ORIGINALE DE TRAITEMENT D'IMAGES DE L'EMISSION SPONTANEE DE LA FLAMME A ETE DEVELOPPEE. LES GRANDEURS GEOMETRIQUES DE LA FLAMME VISIBLE AINSI DETERMINEES SONT CORRELEES AUX PARAMETRES DU TEST. DES MODELES PHYSIQUES SIMPLES INSPIRES DES ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES SONT ADAPTES A LA COMBUSTION EN PRESENCE D'UN VENT TRAVERSIER. L'OBSERVATION ET LE TRAITEMENT DE L'INFORMATION SUR L'ASPECT DE LA FLAMME SONT COMPLETES PAR UNE CARACTERISATION DE L'AEROTHERMIQUE DE L'ECOULEMENT. LES EVOLUTIONS DE TEMPERATURE SUR L'AXE DE LA FLAMME SONT EXTRAITES DE LA MESURE DES CHAMPS COMPLETS ET RELIEES A LA FORME DE FLAMME. LA DETERMINATION DU CHAMP AERODYNAMIQUE A MIS EN EVIDENCE LA MODIFICATION DE L'ECOULEMENT EN AMONT DU BRULEUR PAR LA COMBUSTION. UN ECOULEMENT A CONTRE COURANT EST OBSERVE DANS LA PARTIE HAUTE DE LA CONDUITE POUR CERTAINES CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT. LA MESURE DES FLUX DE CHALEUR RECUS AU SOL EN AVAL ET SUR LE BRULEUR PERMET D'IDENTIFIER LE MODE ET L'INTENSITE DES TRANSFERTS FLAMME-PAROI. LES RESULTATS DE CETTE ETUDE EXPERIMENTALE AMELIORENT LA COMPREHENSION DES PHENOMENES PHYSIQUES DANS UNE FLAMME DE DIFFUSION STABILISEE SUR UNE SURFACE COMBUSTIBLE. L'APPROCHE AU MOYEN D'UNE SIMULATION PERMET LA CARACTERISATION FIGEE DU DEVELOPPEMENT ET DE LA PROPAGATION D'UN FEU. CETTE ETUDE CONSTITUE UNE ETAPE FONDAMENTALE DANS LE DEVELOPPEMENT DE MODELES PHYSIQUES ET LA VALIDATION DE CODES D'ANALYSE ET DE SURETE
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LES INCENDIES DE LOCAUX DOMESTIQUE OU INDUSTRIEL SONT TRES SOUVENT ATTISES PAR UN VENT OU UN COURANT D'AIR. L'ASPECT DEVASTATEUR EST ALORS CONSIDERABLEMENT AMPLIFIE. CE TRAVAIL DE RECHERCHE EVALUE L'INFLUENCE D'UN ECOULEMENT FORCE SUR LA STRUCTURE DE FLAMME D'UN FEU DE NAPPE A SURFACE HORIZONTALE. LA COMBUSTION D'UNE LARGE GAMME DE POLYMERES EST PARTIELLEMENT SIMULEE PAR L'INJECTION D'UN HYDROCARBURE GAZEUX AU TRAVERS D'UN BRULEUR POREUX, PLAN THERMOSTATE, PLACE AU SEIN D'UNE SOUFFLERIE DE SECTION RECTANGULAIRE. LA TAILLE DU DISPOSITIF EXPERIMENTAL SE SITUE ENTRE L'ECHELLE DE LABORATOIRE ET LA VRAIE GRANDEUR, AFIN DE PERMETTRE DE STABILISER UNE FLAMME AYANT LES PHENOMENES PHYSIQUES DEJA CARACTERISTIQUES DE CEUX D'UN INCENDIE. POUR PLUSIEURS VALEURS DES PARAMETRES PRINCIPAUX DE L'EXPERIENCE (PUISSANCE CALORIFIQUE DU FOYER, SURFACE DE PYROLYSE SIMULEE, VITESSE DE L'ECOULEMENT FORCE, GEOMETRIE DU DISPOSITIF), LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT EST IDENTIFIEE DANS ET HORS DE LA ZONE REACTIVE. POUR CELA, UNE TECHNIQUE ORIGINALE DE TRAITEMENT D'IMAGES DE L'EMISSION SPONTANEE DE LA FLAMME A ETE DEVELOPPEE. LES GRANDEURS GEOMETRIQUES DE LA FLAMME VISIBLE AINSI DETERMINEES SONT CORRELEES AUX PARAMETRES DU TEST. DES MODELES PHYSIQUES SIMPLES INSPIRES DES ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES SONT ADAPTES A LA COMBUSTION EN PRESENCE D'UN VENT TRAVERSIER. L'OBSERVATION ET LE TRAITEMENT DE L'INFORMATION SUR L'ASPECT DE LA FLAMME SONT COMPLETES PAR UNE CARACTERISATION DE L'AEROTHERMIQUE DE L'ECOULEMENT. LES EVOLUTIONS DE TEMPERATURE SUR L'AXE DE LA FLAMME SONT EXTRAITES DE LA MESURE DES CHAMPS COMPLETS ET RELIEES A LA FORME DE FLAMME. LA DETERMINATION DU CHAMP AERODYNAMIQUE A MIS EN EVIDENCE LA MODIFICATION DE L'ECOULEMENT EN AMONT DU BRULEUR PAR LA COMBUSTION. UN ECOULEMENT A CONTRE COURANT EST OBSERVE DANS LA PARTIE HAUTE DE LA CONDUITE POUR CERTAINES CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT. LA MESURE DES FLUX DE CHALEUR RECUS AU SOL EN AVAL ET SUR LE BRULEUR PERMET D'IDENTIFIER LE MODE ET L'INTENSITE DES TRANSFERTS FLAMME-PAROI. LES RESULTATS DE CETTE ETUDE EXPERIMENTALE AMELIORENT LA COMPREHENSION DES PHENOMENES PHYSIQUES DANS UNE FLAMME DE DIFFUSION STABILISEE SUR UNE SURFACE COMBUSTIBLE. L'APPROCHE AU MOYEN D'UNE SIMULATION PERMET LA CARACTERISATION FIGEE DU DEVELOPPEMENT ET DE LA PROPAGATION D'UN FEU. CETTE ETUDE CONSTITUE UNE ETAPE FONDAMENTALE DANS LE DEVELOPPEMENT DE MODELES PHYSIQUES ET LA VALIDATION DE CODES D'ANALYSE ET DE SURETE
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La flamme à point d'arrêt est une configuration académique d'écoulement réactif offrant la possibilité de comparer les résultats de l'analyse théorique avec les données expérimentales. La disposition géométrique retenue pour ce travail est celle d'un écoulement axisymétrique turbulent heurtant sous indice normale une paroi solide : dans ces conditions, une flamme de prémélange peut être stabilisée entre le plan d'injection et la paroi solide. Les conditions de faible turbulence et l'hypothèse d'un régime de flammelette permettent de mener une analyse asymptotique de cet écoulement réactif et en particulier d'exprimer les termes de transport turbulent de masse sous la forme d'une expression algébrique. Sur le plan de l'application, la combustion dans des écoulements étirés et eventuellement non-isenthalpiques du fait des pertes thermiques pariétales est une problématique récurrente rencontrée dans la conception des foyers industriels : l'étude des propriétés dynamiques et structurales d'une flamme stabilisée au voisinage d'une paroi adiabatique ou non permet d'étudier les influences respectives de l'étirement et de la température de paroi. Sur le plan fondamental, l'ambition est le développement de modèles de combustion à fonction densité de probabilité multi-dimensionnelles, prenant en compte une variable d'avancement de la combustion, l'enthalpie, voire la fraction de mélange. Dans un premier temps, l'objectif est limité à la mesure simultanée des champs de vitesse et de variable d'avancement de la combustion en conditon de paroi adiabatique.Le banc Vestales, conçu pour atteindre cet objectif, est composé d'un injecteur de prémélange réactif (propane-air), équipé d'une grille de turbulence et d'une paroi solide disposée en vis-à-vis. Les mesures de vitesse sont effectuées par Anémométrie Doppler Laser (A.D.L.) et Vélocimétrie par Images de Particules (V.I.P.). Afin de déterminer simultanément la variable d'avancement à partir des images V.I.P., un traitement d'image original a été développé pour l'extraction du contour des fronts de flammes locales (flammelettes). Le couplage des contours actifs aux approches frontières et régions s'avère une méthode robuste et précise permettant une analyse topologique du contour. L'étude est limitée à deux valeurs de l'étirement (100 et 120 s^{-1}) et de richesse (0,89 et 0,99). L'écoulement a été caractérisé par A.D.L. et V.I.P. dans différents plans. Une analyse statistique et fréquentielle de la turbulence est proposée. Les grandeurs caractéristiques de la turbulence sont exprimées en terme de moyenne de Reynolds et de Favre, en particulier le flux turbulent de la variable d'avancement, ce qui autorise la comparaison avec des résultats issus de la théorie asymptotique d'une part et de la simulation numérique bidimensionnelle d'autre part.
Author: Philippe Mandin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 175
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L'OBJETIF DU PRESENT TRAVAIL EST DE CONTRIBUER A LA DESCRIPTION DU COMPORTEMENT STATIONNAIRE ET INSTATIONNAIRE D'UNE FLAMME DE DIFFUSION REPRESENTATIVE D'UN INCENDIE SOUMISE A UN CHAMP DE FORCE TEL QUE LA PESANTEUR. UN DISPOSITIF EXPERIMENTAL EST MIS AU POINT POUR CARACTERISER LES PROPRIETES MOYENNES ET FLUCTUANTES D'UNE FLAMME DE DIFFUSION STABILISEE SUR UN BRULEUR POREUX PLAN POUR DIVERSES CONDITIONS DE FLOTTABILITE (PRESSION VARIANT DE 0.03 A 0.3MPA, ET DE GRAVITE DE 0 A 12 FOIS LA GRAVITE TERRESTRE). DES LOIS DE COMPORTEMENT ONT ETE DEDUITES DES MESURES DES PROPRIETES GLOBALES ET LOCALES DU MILIEU REACTIF. LES RESULTATS MONTRENT QUE LA FORME, LA POSITION, ET LE DEPLACEMENT INTERMITTENT DE LA SURFACE DE TEMPERATURE MAXIMUM S#F A PROXIMITE DU BORD DU BRULEUR CARACTERISENT LE BATTEMENT GLOBAL DE LA FLAMME : LE PUFFING. UN MODELE THEORIQUE DE CE COMPORTEMENT OSCILLANT SOUS L'ACTION D'UN CHAMP DE FORCE EST ENSUITE ELABORE. IL DECRIT D'UNE MANIERE LAGRANGIENNE DETERMINISTE LE MOUVEMENT DE LA FLAMME. UNE EQUATION D'ONDE POUR LA SURFACE S#F EST DEDUITE DES EQUATIONS DE CONSERVATION. LES INSTABILITES NAISSANT AU POINT D'ANCRAGE DE S#F INDUISENT UNE ONDE DE GRAVITE SE PROPAGEANT EN DONNANT UN CARACTERE TRIDIMENSIONNEL A LA FLAMME. LES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES (HAUTEUR, FORME) ET DYNAMIQUES (FREQUENCE ET LONGUEUR D'ONDE DE PUFFING, NOMBRES DE STRUCTURES TRIDIMENSIONNELLES) DE LA FLAMME SONT ALORS MODELISEES. DES INFORMATIONS ESSENTIELLES SUR L'ORIGINE DU MOUVEMENT TURBULENT SONT FOURNIES, DANS LES ZONES DE REACTION ET DE PANACHE THERMIQUE, DONNEES QUE LE NUMERICIEN DEVRA INTEGRER DANS SES SIMULATIONS.
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L'ETUDE PORTE SUR LA THERMOHYDRAULIQUE ET LE RAYONNEMENT DE FLAMMES CARACTERISTIQUES DE DIFFERENTES SITUATIONS REELLES D'INCENDIES DE TYPE INDUSTRIEL. UN FEU DE NAPPE DE PRODUITS INDUSTRIELS EST SIMULE PAR LA COMBUSTION D'UN MELANGE GAZEUX HYDROCARBURE/ADDITIF INERTE. LA STRUCTURE ET L'IMPACT RADIATIF DE LA FLAMME SUR L'ENVIRONNEMENT SONT EVALUES EN FONCTION DE LA PUISSANCE DU FOYER ET DU CONFINEMENT. UNE TECHNIQUE DE MESURE EXPERIMENTALE ORIGINALE, BASEE SUR UN TRAITEMENT DIGITALISE DE L'IMAGE DE L'EMISSION SPONTANEE DE LA FLAMME, A ETE MIS AU POINT. ELLE PERMET UNE ESTIMATION DE L'EVOLUTION DE LA TEMPERATURE LE LONG DE L'AXE MEDIAN DE LA ZONE REACTIVE. L'INCENDIE PROVOQUE PAR LE DYSFONCTIONNEMENT D'UN TABLEAU ELECTRIQUE SITUE A HAUTEUR D'HOMME SUR UN MUR D'UN LOCAL INDUSTRIEL EST ETUDIE DANS LA CONFIGURATION SIMPLIFIEE DE SIMULATION D'UN FEU DE PAROI VERTICALE EMPIETANT SUR UN PLAFOND (INJECTION DE COMBUSTIBLE GAZEUX AU TRAVERS D'UN METAL POREUX). DES MESURES DE VITESSE PAR VELOCIMETRIE DOPPLER LASER, DE TEMPERATURE PAR THERMOCOUPLES FINS, DE FLUX DE CHALEUR TRANSMIS AUX PAROIS, ET DE LONGUEURS DE FLAMME VISIBLE, SONT OBTENUES. L'ENSEMBLE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX PERMET DE CREER UNE BASE DE DONNEES UTILE A L'INGENIEUR, POUR MIEUX COMPRENDRE LES PHENOMENES SUSCEPTIBLES DE SE PRODUIRE LORS D'UN INCENDIE, ET AU MODELISATEUR DE VALIDER LES MODELES PHYSIQUES ET NUMERIQUES EMPLOYES AFIN DE DEVELOPPER DES OUTILS D'ANALYSE DE SURETE D'INSTALLATIONS ET AINSI LIMITER LES RISQUES A L'ENVIRONNEMENT
Author: Nazim Merlo Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Cette thèse est une contribution à l'étude des flammes de méthane turbulentes non prémélangées en rotation, dites swirlées, avec ou sans enrichissement en oxygène de l'oxydant. L'étude se focalise sur la stabilité de la flamme, les émissions polluantes et la dynamique du jet en non réactif et réactif. Notre dispositif expérimental se compose d'un brûleur à swirler coaxial avec injection radiale de méthane au voisinage de la sortie du brûleur. Ce dernier est confiné dans une chambre de combustion. La teneur en oxygène dans l'oxydant, le nombre de swirl géométrique et la richesse globale à l'injection sont les principaux paramètres qui peuvent être précisément contrôlés. La stabilité de la flamme est caractérisée par chimiluminescence OH*. Les émissions polluantes sont mesurées par des analyseurs en ligne via un prélèvement dans les gaz brûlés. La dynamique du jet est caractérisée principalement par PIV stéréoscopique dans un plan longitudinal et plusieurs plans transverses. La diffusion du méthane dans le jet swirlé est abordée qualitativement par fluorescence induite par laser de l'acétone dans un plan. À ce jour, peu de travaux portent sur la caractérisation notamment dynamique de ces flammes swirlées avec enrichissement en O2. La mise en rotation du jet est à l'origine d'une zone de recirculation centrale qui favorise la stabilisation de la flamme en régime pauvre et à grand nombre de Reynolds. L'étude des émissions polluantes montre que les régimes de combustion à l'air pour lesquels la flamme est liftée stable sont aussi ceux qui produisent du CO et du CH4 résiduel en des quantités non négligeables. L'enrichissement en oxygène permet alors de convertir les imbrûlés et ce pour de faibles enrichissements tout en améliorant la stabilité de flamme via une diminution de la hauteur d'accrochage et des fluctuations associées comme le confirment de précédentes études. L'augmentation des NOx par la voie thermique a été quantifiée pour des enrichissements en oxygène inférieurs à 30 % vol. L'étude systématique en non réactif et réactif apporte des détails sur la topologie tridimensionnelle du jet swirlé suivant les paramètres de l'étude. L'étude de la décroissance des vitesses et de la décroissance du nombre de swirl dans la direction de l'écoulement permetde mettre en évidence l'effet de la flamme sur le jet swirlé. Un couplage entre l'évolution du taux d'entraînement par la recirculation externe et les émissions polluantes est mis en évidence pour expliquer l'évolution des NOx suivant la richesse globale à l'injection. Nous avons proposé une modélisation des écoulements swirlés qui repose sur les écoulements à vorticité hélicoïdale afin d'identifier les caractéristiques principales des structures hélicoïdales au sein de l'écoulement.
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L'influence de l'aérodynamique du sillage d'un obstacle sur les mécanismes de stabilisation de la flamme non prémélangée a été examiné sur une configuration expérimentale non confinée de deux écoulements concentriques (combustible et air), dans le cas de deux stabilisateurs simplifiés (disque et vitesses (Anémométrie Dopler Laser). Les champs moyens de température et concentration ont été obtenus avec un thermocouple à fil fin et une sonde de prélèvement reliée à un analyseur de gaz. L'analyse du développement et de la structure de la flamme a mis en évidence trois régimes de stabilisation principaux (développement, anneau, renfermement), deux régimes de transition et un domaine d'extinction. Une étude détaillée a montré que l'anneau est une flamme triple stabilisée à l'interface de deux écoulements : un prémélange de combustible, d'air et de produits de combustion et un écoulement d'air.
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Ce travail s'intéresse aux phénomènes instationnaires en combustion dont la maîtrise est un point clé dans le fonctionnement efficace des foyers et des moteurs. Les limites de stabilité et les mécanismes de stabilisation sont analysés pour des flammes de jets coaxiaux (méthane/air) non-prémélangés, accrochées au brûleur ou suspendues. La transition entre flamme accrochée et suspendue est caractérisée à l'aide d'un critère thermique original pour les deux processus de décrochage identifiés au cours desquels la base de flamme passe d'une extrémité essentiellement propagative à une essentiellement diffusive. Les propriétés de la flamme, suspendue en zone d'hystérésis ou de lift pur, et celles des structures tourbillonnaires du jet, détectées par une technique d'identification automatique, sont quantifiées par des diagnostics d'imagerie et de vélocimétrie. L'organisation de la couche de mélange méthane/air régit la réponse de la flamme qui passe d'une forme laminarisée à base lobée à une forme turbulente lorsque la vitesse de l'air (Uo) croît. La flamme est stabilisée par la dynamique des tourbillons contra-rotatifs issus des instabilités secondaires, initialement influencés par les vortex de Kelvin-Helmholtz. Elle s'adapte aux conditions imposées par Uo dont le rapport avec la vitesse de flamme laminaire (Sl) pilote son comportement laminarisé ou turbulent. Dans les foyers, les instabilités de combustion sont accrues par les ondes acoustiques créant divers modes en interaction avec les modes propres de l'écoulement. L'expérience est donc ajustée pour étudier la flamme soumise à un forçage sinusoïdal du méthane. Ses réponses sont discriminées en fonction des fréquences et amplitudes du forçage; augmenter Uo déplace les limites des zones identifiées, certaines pouvant même disparaître. Quel que soit Uo, forcé au voisinage : - de sa fréquence naturelle (1200 Hz), le jet présente une organisation accrue ; - de sa première surharmonique (2600 Hz), le jet se caractérise par l'apparition de modes en interaction non linéaire. Pour ces deux hautes fréquences, le forçage conduit à un mélange plus efficace, donc à une réduction de la hauteur de suspension de flamme (Hl) pour les faibles Uo. Mais cet effet est freiné avec Uo croissant, voire inversé à 2600 Hz pour Uo élevé. Aux moyennes fréquences (200 Hz), le comportement est unifié vers une flamme turbulente dont la hauteur pivote autour de celle obtenue pour Uo ~ Sl (Hl croît (diminue) pour Uo faible (élevé)). Pour toute condition (Uo, fréquence, amplitude), les mécanismes d'interaction de modes régissent la réponse de flamme à travers les structures tourbillonnaires.
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L'INFLUENCE DE L'ENTRAINEMENT NATUREL DE L'AIR SUR LA STRUCTURE D'UNE FLAMME REPRESENTATIVE D'UN INCENDIE EST ETUDIEE. A PARTIR D'IMAGES D'EMISSION ET DE TOMOGRAPHIE LASER DES FLAMMES, DE MESURES DE TEMPERATURE PAR THERMOCOUPLES FINS, DE VITESSE PAR VELOCIMETRIE LASER DOPPLER ET DE TRANSFERT DE CHALEUR PAR DES RADIOMETRES SPECIALEMENT DEVELOPPES, DES CORRELATIONS EMPIRIQUES ET THEORIQUES SONT OBTENUES ENTRE LES PARAMETRES DE LA COMBUSTION ET LES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES ET AEROTHERMIQUES DE LA FLAMME. TROIS CONFIGURATIONS DE FEUX SONT TRAITEES DANS DIVERSES CONDITIONS DE CONFINEMENT. LE DEVELOPPEMENT D'UN FEU LE LONG D'UNE PAROI VERTICALE EST CARACTERISE EN AVAL DE LA ZONE DE PYROLYSE SIMULEE PAR L'INJECTION D'HYDROCARBURE GAZEUX AU TRAVERS D'UN BRULEUR POREUX. LE FEU DE PAROI EST ETUDIE, SOIT EN PRESENCE DE PAROIS LATERALES S'OPPOSANT A UN ENTRAINEMENT TRIDIMENSIONNEL DE L'AIR, SOIT EN ESPACE LIBRE. LA MODELISATION PREDIT LES PROPRIETES DE LA FLAMME, EN PARTICULIER SA HAUTEUR, EN CONSIDERANT LA GEOMETRIE ET LA PUISSANCE DU FOYER. LES PROPRIETES AEROTHERMIQUES D'UN FEU DE COMPARTIMENT COMPORTANT UN LINTEAU SONT DETERMINEES LORSQUE LE FOYER EST SITUE AU FOND DE L'ENCEINTE. APRES OBSTRUCTION PARTIELLE DE L'OUVERTURE, LA FLAMME STABILISEE SE DETACHE DE LA SURFACE D'INJECTION ET TRAVERSE L'ENCEINTE A LA RECHERCHE DE COMBURANT. UNE FLAMME TRIPLE EST PROPOSEE COMME MODE DE STABILISATION DE CETTE FLAMME FANTOME. POUR SIMULER LA DEGRADATION DE COMBUSTIBLES SITUES DANS UNE ZONE APPAUVRIE EN OXYGENE, UN BRULEUR EST PLACE DANS LA PARTIE HAUTE VICIEE DE L'ENCEINTE. UNE INTERPRETATION DE LA MODIFICATION DE STRUCTURE DE LA FLAMME SUIVANT LE REGIME DE FONCTIONNEMENT EST PROPOSEE. CETTE RECHERCHE FOURNIT DES INFORMATIONS ORIGINALES SUR LE COMPORTEMENT DE FEUX STANDARD LORSQUE L'ENTRAINEMENT DE L'AIR DEPEND DE LA GEOMETRIE. ELLE CONTRIBUE A L'EVOLUTION DE CODES DE CALCUL D'ANALYSE DE SURETE POUR LE DEVELOPPEMENT ET LA PROPAGATION D'INCENDIES DOMESTIQUES OU INDUSTRIELS.
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Ce travail présente l’étude de flammes turbulentes non-prémélangées et partiellement prémélangées par simulations numériques directes (DNS) en utilisant des modèles détaillés de chimie de transport. L’interaction entre une flamme H2/Air et un champ de turbulence est simulée et l’influence de la diffusion différentielle sur la structure de la flamme est qualifiée. On note en particulier l’absence de corrélation entre la température de flamme et le taux de dissipation scalaire quand un modèle de transport élaboré est utilisé, ainsi qu’une modification de la limite d’équilibre. Le ré-établissement de l’équation de flammelettes avec la prise en compte d’un nombre de Lewis non unitaire pour la fraction de mélange Z permet de prendre en compte, au moins partiellement, cet effet. Une simulation de l’interaction entre une flamme non-prémélangée H2/Air et une paire de tourbillons avec des modèles détaillés de chimie et de transport a été réalisée, post traitée et analysée. Une extinction de la flamme est observée et la structure partiellement prémélangée au bord de la zone réactive est étudiée. On montre que le radical OH est un bon traceur de la zone d’extinction de la flamme, mais qu’il ne « voit » pas l’intensification de l’activité chimique dans les zones partiellement prémélangées. L’auto-allumage d’une flamme turbulente non prémélangée a été examiné. Les résultats de DNS permettent d’extraire des informations sur la prévision de la localisation du premier site d’autoallumage, sur l’influence du modèle de transport et sur la structure partiellement prémélangée observée. La répétition des calculs permet une étude statistique de l’influence de la turbulence sur le temps d’allumage. Le test a priori d’un nouveau modèle de combustion turbulente basé sur le concept de densité de surface de flamme généralisée donne de premiers résultats prometteurs.
Author: Joan Boulanger Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 624
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Ces travaux sont dévolus à l'étude des fronts de combustion partiellement prémélangés. Ils font appel à des oitils théoriques (analyse asymptotique dans le cadre des grandes énergies d'activation) et numériques (Simulation Numérique Directe) dédiés aux flammes.La mise sur pied de cette démarche a nécessité la revisite des théories plus classiques sur les flammes de prémélange et de diffusion.La résolution de la déflagration de prémélange est proposée dans un formalisme utilisant les paramètres de contrôle d'une flamme de diffusion. Cette fédération de la modélisation chimique améliore la prédiction de la réponse de la vitesse pour différentes richesses. Par ailleurs, l'évolution de la vitesse de la flamme de prémélange lorsque les gaz frais sont contaminés par des recirculations de produits de combustion est également prédite. L'étude des mécanismes d'extinction des flammes de diffusion dégage des résultats intermédiaires pour la suite des travaux tout en proposant un calibrage des grandeurs thermodynamiques permettant de traiter l'extinction en s'affranchissant des hypothèses qui contraignent jusqu'à lors ce type d'analyse. Trois volets ont été ensuite ouverts et constituent la partie centrale du mémoire : Dans un premier temps, la prévision de l'évolution du nombre de Damköhler d'extinction à l'extrémité d'une flamme de diffusion, impliquant les flux de chaleur additionnels dans la direction ouverte vers l'amont, permet d'établir un critère fiable pour la caractérisation de la stabilisation d'un front partiellement prémélangé. Le second point permet de tester cette dernière théorie sur les flammes de diffusion décrochées sur un brûleur rond en Simulation Numérique Directe. La plus grande partie de cette deuxième articulation est par ailleurs allouée à la compréhension du mécanisme de couplage de la flamme sur l'écoulement via le dégagement de chaleur, qui accentue la robustesse au décrochage et à l'extinction. Le dernier point étudie le front partiellement prémélangé selon une approche propagative. La prévision analytique de la déflagration en fonction du niveau de mélange permet de fédérer les propriétés des flammes triples et des edge-flames.
Author: Gilles Kolb
Author: Gilles Kolb
Author: Xavier Coron
Author: Philippe Mandin
Author: Laurent Audouin
Author: Nazim Merlo
Author: Isabelle Esquiva-Dano
Author: Aurélie Wyzgolik
Author: Mickae͏̈l Coutin
Author: Renan Hilbert
Author: Joan Boulanger