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Les écoulements réactifs turbulents présents dans de nombreuses applications industrielles (foyers, chambres de combustion de moteur...) Font l'objet de travaux importants, tant sur le plan théorique et numérique qu'expérimental. Il existe un régime de combustion turbulente pour lequel les flammes sont plissées (avec ou sans poches) et la zone de réaction est alors constituée d'un ensemble d'éléments de fronts de flammes, proches les uns des autres, qui conservent les caractéristiques des fronts laminaires. Il s'agit du régime des flammes lettes qui suppose en outre une chimie infiniment rapide. Si dans une telle situation l'interaction combustion/turbulence semble déterminante, une interaction entre les fronts est également concevable. Les expériences réalisées dans le cadre de cette thèse ont pour objectif d'analyser le comportement des fronts de deux flammes obliques de premelange air/hydrogène, stabilisées cote à cote sur des fils de platine, dans une configuration d'interaction simplifiée. Les champs scalaires sont obtenus à l'aide d'un thermocouple et d'une sonde de prélèvement et le champ cinématique par anémométrie doppler laser bicomposante. Cette étude révèle des effets dynamiques importants lies à l'interaction (répulsion des flammes) ainsi que des phénomènes de diffusion de chaleur et d'espèces caractéristiques, mettant en évidence le rôle majeur du nombre de Lewis.
Author: Francis Sabathier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 316
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DANS LES BRULEURS ORIGINAUX ET A L'AIDE DE DIAGNOSTICS NON INTRUSIFS BASES SUR DES TECHNIQUES LASER IL A ETE MIS EN EVIDENCE LES EFFETS HYDRODYNAMIQUES ASSOCIES A LA RETROACTION DU MOUVEMENT DU FRONT DE LA FLAMME SUR L'ECOULEMENT TURBULENT AMONT. CE PHENOMENE SE TRADUIT PAR UNE ATTENUATION SPECTACULAIRE DES BASSES FREQUENCES PRESENTES DANS LE SPECTRE DE LA TURBULENCE DE L'ECOULEMENT EXCITATEUR. AU VOISINAGE DU SEUIL D'INSTABILITE, ON MET EN EVIDENCE L'EMERGENCE D'UN PHENOMENE DE RESONANCE LORSQUE LA TAILLE CARACTERISTIQUE DES TOURBILLONS SE RAPPROCHE DE CELLE DES STRUCTURES CELLULAIRES
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Lors de la combustion dans un moteur à allumage commandé, la flamme est affectée par la paroi alors que seulement 20% de la charge a été consommée. Il est donc indispensable de s'intéresser aux mécanismes de l'interaction flamme-paroi pour le développement et l'amélioration des moteurs à allumage commandé. Au cours de ces travaux, l'interaction flamme-paroi instationnaire a été étudiée expérimentalement en régime laminaire et turbulent dans des conditions initiales non isothermes. En effet, la température des parois Tw varie entre 300 et 500 K alors que les gaz frais sont à température ambiante. Le but de cette étude est de comprendre les phénomènes mis en jeu et de fournir des données de référence pour la simulation de l'interaction flamme-paroi. L'étude en régime laminaire montre que la densité de flux thermique pariétal maximale qwmax augmente avec Tw pour le coincement frontal et latéral. La distance de coincement diminue lorsque Tw augmente en coincement frontal mais est constante en latéral. Pour ce dernier type de coincement, l'étirement n'est pas négligeable. L'étude en régime turbulent montre que la turbulence fait diminuer qwmax à richesse 1 par rapport au cas laminaire alors qu'elle fait augmenter ce paramètre à richesse 0,7. Le front de flamme est donc cisaillé par l'écoulement des gaz frais à richesse 1 alors qu'il est convecté par cet écoulement à richesse 0,7. Le cisaillement du front de flamme, à richesse 1, a un effet prépondérant sur l'effet de la température de paroi concernant l'interaction flamme-paroi.
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La combustion de carburants liquides est l'une des principales méthodes de conversion d'énergie utilisée dans une large gamme d'applications, allant des moteurs à combustion interne aux moteurs fusées, jusqu'aux turbomachines et les fours industriels. La combustion des aérosols est un phénomène très complexe mettant en jeu de nombreux processus tels que l'atomisation, la vaporisation, la dynamique des fluides ou la cinétique chimique.Ces travaux de thèse se placent ainsi dans le cadre de l'investigation expérimentale et fondamentale de l'interaction entre flammes et gouttes, dans un but à la fois phénoménologique et de compréhension des processus physiques. Le centre d'intérêt a été dans un premier temps la caractérisation de la propagation d'une flamme laminaire sphérique dans un aérosol de carburant mono disperse, et plus spécifiquement la stabilité et la morphologie de ces flammes, pour lesquelles ont été menées des études quantitatives. Ces expériences ont été réalisées au cours de plusieurs campagnes de vols paraboliques à bord de l'avion ZERO-G du CNES afin de se soustraire aux problèmes de sédimentation causés par la pesanteur. Dans un second temps, l'étude s'est dirigée vers une configuration expérimentale plus fondamentale, celle d'une goutte isolée incidente à un front de flamme plat et stationnaire. Ces nouvelles expériences ont permis d'observer à la fois la déformation de la flamme lors du passage de la goutte ainsi que l'évaporation de celle-ci dans le front de flamme et dans les gaz brûlés.
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La législation concernant les émissions polluantes des moteurs d'automobile devenant de plus en plus draconienne, et dans un soucis de diminuer les rejets de gaz à effets de serres, les constructeurs automobiles se sont engagés à diminuer la consommation et les émissions polluantes des véhicules. Pour réussir ce challenge, une compréhension parfaite de la combustion est nécessaire pour permettre notamment d'améliorer les modèles numériques nécessaire à la conception de moteur respectant les prochaines normes antipollution. Malgré de très nombreuses recherches concernant les différentes phases de la combustion moteur, certaines d'entre elles sont encore très mal connues. L'interaction des flammes de prémélange avec les parois de la chambre de combustion fait partie. Nous proposons dans ce travail d'améliorer les connaissances générales de la combustion des moteurs à allumage commandé et plus particulièrement du phénomène d'interaction flamme paroi. Pour cela, deux dispositifs expérimentaux ont été mis en œuvre : - Le premier permet l'étude de l'interaction d'une flamme laminaire de prémélange avec une paroi dans une enceinte maintenue à pression constante. La PIV (Particle Imaging Velocimetry) rapide a été mise en place afin de suivre temporellement la propagation de la flamme contre une paroi froide. Les vitesses locales aux fronts et les étirements de flammes ont ainsi pu être déterminés. Il a été montré que le comportement de la flamme évoluait significativement lorsque le front de flamme était distant de 4 à 5 mm de la paroi. - Le deuxième dispositif expérimental est un moteur à accès optiques. L'aérodynamique pariétale de ce dernier a été caractérisée à l'aide de la PIV (Particule Image Velocimetry) basse fréquence. La Fluorescence induite par tomographie laser a été utilisée pour étudier les flammes de prémélange interagissant avec le piston. L'analyse des images tomographiques a permis de déterminer le taux de réaction moyen à partir de l'analyse de la densité de surface de flamme puis de l'analyse fractale. Un effort particulier a été apporté pour ne pas intégrer à ces analyses les fluctuations cycle à cycle de la combustion. Finalement, une évolution du taux de réaction moyen en fonction de la distance flamme piston a été déterminée.
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La complexité des mécanismes physiques en jeu en combustion turbulente et la difficulté à mesurer des grandeurs physiques dans des configurations réelles ont considérablement ralenti l'avancement des connaissances dans ce domaine. Un moyen de se sortir de ce mauvais pas est d'étudier des configurations modèles simples pour espérer tirer des informations exploitables pour des cas plus complexes. L'étude des interactions flamme/tourbillon relève de cette démarche. Ce travail de thèse s'articule autour de quatre chapitres. Le premier commence par exposer un certain nombre de faits expérimentaux liés aux tourbillons. Puis, on y fait le bilan des connaissances sur les interactions flamme/tourbillon tant dans le cas prémélange que dans le cas non-prémélange. Enfin, une petite synthèse des théories les plus récentes sur les diagrammes de combustion turbulente est présentée. Le deuxième chapitre présente les différents moyens d'analyse à notre disposition. Le dispositif expérimental est d'abord présenté. Puis, une description, assez détaillée, des techniques de mesure est proposée. Enfin, l'interprétation des mesures est faite à la lumière de simulations numériques directes d'interactions flamme/tourbillon bidimensionnelles. Un certain nombre de calculs analytiques sont présentes dans le troisième chapitre. Ils permettent d'avoir accès à des grandeurs physiques importantes pour la compréhension de la dynamique de l'interaction qui ne sont pas accessibles à la mesure. Le dernier chapitre présente les résultats de ce travail. Pour commencer, des mesures expérimentales sont présentées pour le cas prémélange. Elles confirment des résultats antérieurs de simulation et ouvrent de nouveaux horizons sur l'étude des interactions de fronts de flamme. Puis, le cas non-prémélange est traité. Des résultats de simulations sont d'abord analysés, ce qui donne des clés pour la compréhension des résultats expérimentaux. Une comparaison de nos modèles théoriques sur les tourbillons avec l'expérience est ensuite faite. Les différents régimes d'interaction sont alors présentés et regroupés dans un diagramme spectral qui permet l'élaboration d'un diagramme de combustion turbulente. Pour finir, un modèle de combustion turbulente pour la simulation aux grandes échelles est proposé.
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APRES UN RAPPEL DES CONNAISSANCES ACTUELLES SUR LA COMBUSTION TURBULENTE, L'AUTEUR DECRIT LES DISPOSITIFS DE MESURE MIS AU POINT POUR AUGMENTER LA PRECISION DES MESURES ET ELIMINER LES PARAMETRES SPECIFIQUES D'EXPERIENCE QUI GENE LES COMPARAISONS. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX OBTENUS SUR DES FLAMMES DE PREMELANGE AIR-HYDROGENE, SERVENT DE BASE A L'INTERPRETATION PHYSIQUE DES PHENOMENES RENCONTRES: CLARIFICATION DE LA VITESSE DE COMBUSTION, ET DU PROCESSUS DE DEVIATION DES FILETS FLUIDES CONDUISANT A UNE ACCELERATION ET A LA MODIFICATION DU CHAMP TURBULENT
Author: Didier Larrauri
Author: Francis Sabathier
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Author: Laëtitia Muller
Author: Guillaume Renoux
Author: Fabrice Foucher
Author: Paul-Henri Renard
Author: J. Raymond Bowen
Author: ALLAL.. RACHID
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