Thèse soutenue

Oxy-combustion de l'hythane dans des brûleurs à jets fortement séparés
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Sébastien Yon
Direction : Jean-Charles Sautet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance en 2013
Etablissement(s) : Rouen
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime....-2016)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)

Résumé

FR  |  
EN

L’évolution des normes anti-pollution associée à la disparition des énergies fossiles motivent la réduction des consommations de carburant et l’optimisation des performances des chambres de combustion. Une nouvelle génération de brûleur à injections fortement séparées de combustible et de comburant possède un très grand intérêt pour les industriels. Même si ce type de brûleur a prouvé son efficacité en termes de limitation des émissions d’oxyde d’azote, l’effet de dilution géométrique lié au fort taux de recirculation des gaz brûlés engendré par la séparation des injecteurs est limité par l’instabilité de la flamme. Afin de pallier aux extinctions locales et d’augmenter la stabilité de la flamme, de l’hydrogène est ajouté au gaz naturel, mélange appelé l’hythane. La haute diffusivité moléculaire de l’hydrogène ainsi que sa large limite d’inflammabilité permettent de considérablement modifier les propriétés du carburant tout en gardant les installations de distribution existantes. Pour augmenter la stabilité de la flamme et limiter les émissions de NOx dans ce type de brûleur, l’air est substitué par de l’oxygène pur (oxy-combustion). L’azote contenu dans l’air agit en effet comme un ballast thermique et réduit le rendement de combustion. Cette étude expérimentale sur des brûleurs à deux jets fortement séparés a pour but de comprendre les effets de l’ajout d’hydrogène (de 0% à 20% en volume) sur le mélange des jets et la stabilité de la flamme, pour différents écartements des 2 jets (de 60 mm à 100 mm), ainsi que pour différentes richesses globales du mélange (de Ф=0. 7 à Ф=1). Des visualisations de la hauteur d’accrochage de la flamme ainsi que de la fin de flamme via la chimiluminescence du radical OH* ont permis d’étudier les effets de l’hythane sur les fluctuations du bas de la flamme et de prouver que l’ajout d’hydrogène permet d’améliorer la stabilité de la combustion. Une vaste étude de l’aérodynamique de l’écoulement via la vélocime��trie par images de particules (PIV) a été menée pour les différents écartements des jets, pour 4 hauteurs différentes dans l’écoulement, en configuration réactive et non-réactive, avec une haute résolution spatiale et temporelle de la zone de recirculation, et pour différents plans perpendiculaires aux jets. Ces campagnes de mesures ont mis en évidence que l’ajout d’hydrogène permet aux jets de se mélanger plus en amont de l’écoulement et ont également montré l’importance de la zone de recirculation des gaz brûlés située entre les deux jets, sur l’aérodynamique de l’écoulement. Une étude des fumées via une baie d’analyse a montré l’importance de la surface de la zone de recirculation des gaz brûlés sur les émissions de NOx, ainsi que la dépendance de cette zone caractéristique (surface, intensité) vis-à-vis des propriétés de l’écoulement.