Etude expérimentale d'une zone de combustion en écoulement turbulent stabilisée en aval d'un élargissement brusque symétrique PDF Download

Author: Magali Besson
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Pages : 268

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Author: Paul Vallette (auteur d'une thèse de sciences.)
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Pages : 278

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Author: Stéphane Duplantier
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Pages : 233

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CE MEMOIRE EST CONSACRE A LA PRESENTATION DE L'ETUDE EXPERIMENTALE D'UNE ZONE DE COMBUSTION TURBULENTE STABILISEE DANS LE SILLAGE D'UN OBSTACLE PLACE DANS UN ECOULEMENT DE CANAL TURBULENT PLEINEMENT DEVELOPPE ALIMENTE PAR UN PREMELANGE DE PROPANE ET D'AIR. ON ETUDIE LA SENSIBILITE DES CARACTERISTIQUES DES ECOULEMENTS INERTES ET REACTIFS A UNE MODIFICATION DU DEBIT D'ALIMENTATION DU CANAL, DE LA FORME ET DE LA SECTION DE L'OBSTACLE ET DU TAUX DE BLOCAGE DEFINI COMME ETANT LE RAPPORT ENTRE LA HAUTEUR DE L'OBSTACLE ET LA HAUTEUR DU CANAL. LA COMPARAISON DES CARACTERISTIQUES DE CES DEUX TYPES D'ECOULEMENT PRESENTANT LES MEMES CONDITIONS DE DEBIT ET DE GEOMETRIE D'OBSTACLE MONTRE QUE, MALGRE LA SIMILARITE APPARENTE DE LA NATURE DE LA STRUCTURE ASSOCIEE AU CHAMP DE VITESSES MOYENNES QUI SE MANIFESTE NOTAMMENT PAR LA PRESENCE D'UNE ZONE DE RECIRCULATION SUIVIE PAR UNE ZONE DE SILLAGE, LE CONTENU ENERGETIQUE DES SPECTRES TEMPORELS DES SIGNAUX DE VITESSES EST PROFONDEMENT MODIFIE LORSQUE L'ON PASSE DE L'ECOULEMENT INERTE A L'ECOULEMENT REACTIF. DANS LE CAS INERTE, LES SPECTRES DE VITESSES PRESENTENT, EN PARTICULIER AU VOISINAGE DE L'AXE DE SYMETRIE DU CANAL ET POUR LA COMPOSANTE TRANSVERSE DE LA VITESSE, UNE FREQUENCE MARQUEE QUI EST ASSOCIEE A LA PRESENCE D'UN ECHAPPEMENT TOURBILLONNAIRE. DANS LE CAS REACTIF, ON OBSERVE UNE DISPARITION COMPLETE DE CETTE FREQUENCE MARQUEE SUR LA COMPOSANTE TRANSVERSE DE LA VITESSE AVEC, DANS CERTAINS CAS, APPARITION D'UNE FREQUENCE MARQUEE SUR LA COMPOSANTE LONGITUDINALE ET SUR LE SPECTRE DU SIGNAL DE TEMPERATURE. CETTE MODIFICATION DES CARACTERISTIQUES SPECTRALES DU SIGNAL DE VITESSE S'ACCOMPAGNE D'UNE FORTE DIMINUTION DES FLUCTUATIONS DE VITESSE TRANSVERSE ET D'UN MAINTIEN DU NIVEAU DES FLUCTUATIONS DE VITESSE LONGITUDINALE. CES RESULTATS MONTRENT QUE, SI DES STRUCTURES ORDONNEES EXISTENT ENCORE AU SEIN DE L'ECOULEMENT REACTIF, LEUR CONTENU ENERGETIQUE EST, AU MAXIMUM, DE L'ORDRE DE GRANDEUR DE CELUI ASSOCIE A LA TURBULENCE

Author: Bernardo Martinez Ramirez
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Ce travail est consacré à la simulation numérique des écoulements inertes et réactifs stabilisés en aval d'un élargissement brusque symétrique, alimenté par deux écoulements de canal pleinement développés d'air ou air+propane. L'objectif est, d'une part, de tester sur une géométrie "simple", une modélisation de la combustion en écoulements turbulents et en régime de prémélange et, d'autre part, d'estimer le niveau de précision obtenue afin de pouvoir quantifier une éventuelle amélioration liée à l'utilisation de modèles plus sophistiqués. Le modèle de turbulence k-ε sous sa forme standard avec la loi de paroi, et le modèle de combustion du type PDF présumé, modèle CLE, ont été retenus pour nos simulations. Une étude préliminaire du type KPP nous a permis de déduire les caractéristiques propagatives des zones de réactions moyennes à richesse constante, calculées sur la base du modèle de combustion retenu. Dans ce travail, ont été simulés : trois écoulements inertes et trois écoulements réactifs à richesse constante pour nombres de Reynolds égaux à 25000, 50000 et 75000 et deux écoulements réactifs à richesse variable pour nombre de Reynolds 25000. Concernant les écoulements inertes, on retrouve bien la dissymétrie observée expérimentalement des deux zones de recirculation moyennes. Pour les écoulements réactifs à richesse constante, on retrouve également la resymétrisation de l'écoulement moyen observée expérimentalement. En revanche, la longueur des zones de recirculation moyenne est fortement sous-estimée par le calcul. Un comportement auto-semblable dans la zone proche de l'élargissement est également retrouvé. Pour les écoulements à richesse variable, la perte de symétrie de l'écoulement moyen est bien retrouvée, mais les longueurs des zones de recirculation moyennes sont toujours sous-estimées par le calcul. Des indicateurs quantitatifs d'écart entre les résultats numériques et expérimentaux sont fournis pour les écoulements inertes et réactifs considérés, permettant à l'avenir, d'estimer le gain apporté par le recours à des simulations basées sur une évolution ou sur une amélioration de modèles physiques retenus de le cadre de cette étude.

Author: Xavier Coron
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Pages : 202

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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: Catherine Corvellec
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Languages : fr
Pages : 165

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CE TRAVAIL DE DOCTORAT A POUR OBJET L'ETUDE DES CARACTERISTIQUES PROPAGATIVES DES ZONES DE REACTIONS MOYENNES, EN REGIME DE PREMELANGE, MODELISEES PAR UNE APPROCHE DE TYPE FLAMMELETTE. LA GEOMETRIE ETUDIEE EST CELLE D'UNE FLAMME MONODIMENSIONNELLE EN MOYENNE SE PROPAGEANT EN MILIEU NON CONFINE. LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL A CONSISTE A ILLUSTRER LA DIFFERENCE DE NATURE QUI EXISTE ENTRE LA PROPAGATION D'UNE FLAMME LAMINAIRE DE PREMELANGE ET CELLE D'UNE ZONE DE COMBUSTION TURBULENTE MODELISEE PAR UNE APPROCHE DE TYPE FLAMMELETTE. L'ETUDE DE LA SENSIBILITE DE LA VITESSE DE PROPAGATION DU FRONT REACTIF MOYEN A LA FORME DU TERME DE PRODUCTION CHIMIQUE MOYEN AINSI QU'A LA NATURE DU TRANSPORT TURBULENT REPRESENTE LA PARTIE PRINCIPALE DE CE TRAVAIL. DANS CE CADRE, DES TECHNIQUES SPECIFIQUEMENT ADAPTEES AUX ECOULEMENTS REACTIFS INSTATIONNAIRES A FAIBLE NOMBRE DE MACH ONT ETE DEVELOPPEES ET UTILISEES. LES RESULTATS ONT MONTRES QUE DES QU'UNE COUPURE EST INTRODUITE DANS LE TERME DE PRODUCTION CHIMIQUE MOYEN IL EXISTE UNE VITESSE DE PROPAGATION UNIQUE POUR LE FRONT DE FLAMME MOYEN. EN ABSENCE DE COUPURE, IL EXISTE UN SPECTRE DE VITESSES DE PROPAGATION POSSIBLES BORNE PAR UNE VALEUR MINIMALE FINIE. IL EST MONTRE QUE CETTE BORNE INFERIEURE EST DETERMINEE PAR LE COMPORTEMENT DU TAUX DE REACTION CHIMIQUE MOYEN ET PAR CELUI DU TRANSPORT TURBULENT. EN ABSENCE DE TRANSPORT A CONTRE-GRADIENT, SEULES LES CARACTERISTIQUES DE CES TERMES DU COTE DES GAZ FRAIS CONTROLENT LA BORNE INFERIEURE DU SPECTRE. A L'INVERSE, LORSQUE DE LA DIFFUSION A CONTRE-GRADIENT EST PRESENTE, LES CARACTERISTIQUES DE CES TERMES DOIVENT ETRE CONSIDEREES NON SEULEMENT DU COTE DES GAZ FRAIS MAIS AUSSI DU COTE DES BRULES POUR DETERMINER LA BORNE INFERIEURE DU SPECTRE.

Author: Dake Shen
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Languages : fr
Pages : 148

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DANS CE TRAVAIL, UNE FLAMME DE DIFFUSION A ETE ETUDIE DANS UN ECOULEMENT HELICOIDAL TOURBILLONNAIRE. LA COMBUSTION D'UN JET CENTRAL DE METHANE EST STABILISEE PAR UN ECOULEMENT D'AIR ANNULAIRE ANIME D'UN FORT MOUVEMENT DE ROTATION DANS UN BRULEUR MODELE, CONCU ET MIS AU POINT AU LABORATOIRE. LA PUISSANCE CALORIFIQUE DU BRULEUR EST DE 40KW, ET SA GEOMETRIE EST SIMPLE: IL COMPORTE UNE SORTIE DROITE SANS LA PRESENCE DE CONFINEMENT PAR UN DIVERGENT. LES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT DU SYSTEME REACTIF COMPORTENT DIFFERENTES VALEURS DES NOMBRES DE SWIRL (RAPPORT DES QUANTITES DE MOUVEMENT TANGENTIELLE ET AXIALE) ET REYNOLDS, DES VITESSES INITIALES DES REACTIFS (METHANE ET AIR) ET DE LA RICHESSE GLOBALE. LA VARIATION SYSTEMATIQUE DE CES PARAMETRES A ETE EFFECTUEE JUSQU'A CE QUE LEUR MODIFICATION AFFECTE LES PHENOMENES AERODYNAMIQUES ET CHIMIQUES. UNE CARTOGRAPHIE COMPLETE DES CHAMPS DE VITESSE, DE TURBULENCE, DE TEMPERATURE ET DE CONCENTRATIONS DES ESPECES CHIMIQUES STABLES EST DETERMINEE. LES RESULTATS ONT MONTRE LE ROLE TRES IMPORTANT DES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT DU BRULEUR SUR LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT (CREATION D'UNE ZONE DE RECIRCULATION PLUS OU MOINS STABLE, CISAILLEMENT FAVORISANT LE MELANGE DE REACTIFS), SUR L'EMISSION DES ESPECES CHIMIQUES POLLUANTES (FORMATION D'OXYDES D'AZOTE PAR UN MECANISME DE TYPE PRECOCE). CETTE ETUDE A CONTRIBUE A UNE MEILLEUR COMPREHENSION DE LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT ET DES PHENOMENES DE STABILISATION D'UNE FLAMME DE BRULEUR MODELE METHANE. CE TRAVAIL MET EN EVIDENCE LES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT MENANT A UNE COMBUSTION PLUS COMPLETE ET MOINS POLLUANTE ET FOURNI UNE BASE DE DONNEE CAPABLE DE VALIDER UN CODE CALCUL NUMERIQUE

Author: Phu Khanh Nguyen
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Languages : fr
Pages : 140

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Ce travail est consacré à la simulation numérique des grandes échelles des écoulements turbulents inertes et réactifs en aval d’un élargissement brusque symétrique, alimenté par deux écoulements de canal pleinement développés. L’objectif de cette étude est, dans un premier temps, d’explorer les possibilités offertes par la résolution d’équations différentielles stochastiques (EDS) permettant d'imposer des conditions aux limites instationnaires et initialiser un calcul utilisant la simulation numérique des grandes échelles (LES). Cette méthode de génération de conditions aux limites instationnaires a ensuite été introduite au sein d’un code de mécanique des fluides réactifs de type LES utilisant un modèle de sous-maille de type Smagorinsky ainsi qu’un modèle de combustion de type Eddy-Break-Up. Les résultats décrivent la structure de l’écoulement dans les trois cas (1) d’un fluide inerte, (2) d’un mélange de deux fluides inertes non isothermes et (3) de combustion d’un mélange très pauvre. Les résultats soulignent que l’introduction de conditions d’entrée générées par EDS permet de mieux représenter les champs fluctuants avec des propriétés correspondantes aux mesures expérimentales disponibles. En ce qui concerne les écoulements inertes en aval de l’élargissement brusque, on retrouve bien la dissymétrie observée expérimentalement entre les deux zones de recirculation. Celle-ci est engendrée par une légère différence entre les vitesses d’entrée dans les deux canaux. L’étude de l’écoulement dans le cas où les deux canaux sont alimentés par des fluides inertes mais de températures différentes, a permis de caractériser l’influence du gradient transversal de température à l’entrée et des conditions d’entrée sur le développement de la couche de mélange en aval. Pour les écoulements réactifs, la structure de l’écoulement dans la chambre est altérée, notamment par la variation des longueurs des zones de recirculation, et l’analyse instationnaire a permis de mettre en évidence l’existence d’un faible battement du front de flammes dans la chambre.

Author: Luc Chabert
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Languages : fr
Pages : 136

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ETUDE EXPERIMENTALE ET MODELISATION DE L'ECOULEMENT DANS UN CYLINDRE DE MOTEUR EN AVAL D'UNE SOUPAPE D'ADMISSION

Author: Gilles Kolb
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Languages : fr
Pages : 181

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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