Analyse de la répartition du potentiel et des charges dans une flamme polarisée : Corrélation avec la distance d'extinction

Analysis of the potential and the charged species repartition in a polarized flame. Correlation with the quenching distance

• Auteur / Autrice : Juan-Miguel Rodrigues
• Direction : Pierre Vervisch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Énergétique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Rouen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmas (gaz ionisés)

Ions

Flamme

Mots clés libres

Distance d'extinction

Potentiel de flamme

Courant ionique

Résumé

Lors de la combustion d'hydrocarbures des espèces électriquement chargées sont créées, conférant au milieu réactionnel des propriétés électriques. Dans un moteur à allumage commandé, la polarisation de l'électrode centrale de la bougie d'allumage permet d'induire un courant électrique appelé courant d'ionisation. Ce dernier peut être mesuré, permettant ainsi d'accéder à des informations sur la qualité de la combustion dans la chambre. Notre étude consiste à élucider les mécanismes de conduction de manière à déterminer les grandeurs contrôlant le courant. Après avoir identifié les ions positifs et négatifs contenus dans le front de flamme et dans les gaz brûlés, le courant et le potentiel électrique ont été mesurés dans une flamme de prémélange méthane/air stationnaire électriquement isolée d'abord stabilisée sur un brûleur puis en propagation dans un tube. Des paramètres d'électrodes tels que leur surface ou leur tension de polarisation ont été étudiés. Les résultats ont montré que le potentiel électrique est constant dans le front de flamme, imposé par l'anode, les porteurs de charges dans la jonction flamme/anode étant des électrons et que l'intensité du courant dépend essentiellement de la jonction flamme/cathode. Un modèle analytique de la jonction limitant le courant a été présenté, une corrélation directe entre le courant et la distance d'extinction a été mise en évidence.

During hydrocarbon combustion processes, several charged species are produced which confer electrical properties to the reaction area. In a spark ignition engine, the polarization of the central electrode induces a current called ionic current. By measuring this current it is possible to extract information on the quality of combustion in the chamber. Our study presents an elucidation of the mecchanisms of conduction in order to determine the parameters controlling the current. Having identified the positive and negative ions contained in the flame front and in the burnt gases, the current and the electric potential were measured firstly in a premixed methane/air electrically insulated flame stabilized on a burner and then in a propagating flame in a tube. Electrode parameters such as their surface or biasing voltage were studied. The results show that electrical potential is constant in the flame front and that the intensity of the current depends on the flame/cathode junction. An analytical model of the junction limiting the current is presented. A direct correlation between the current and the quenching distance was proven.