Dynamique de la combustion des flammes de prémélange swirlées avec des différentes injecteurs

Combustion dynamics of premixed swirling flames with different injectors

• Auteur / Autrice : Marco Gatti
• Direction : Thierry Schuller, Amsini Sadiki, Clément Mirat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Combustion
• Date : Soutenance le 18/10/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Technische Universität (Darmstadt, Allemagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Renou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Schuller, Amsini Sadiki, Clément Mirat, Bruno Renou, Laurent Gicquel, James R. Dawson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Gicquel, James R. Dawson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation des grandes échelles

Mesures optiques

Dynamique des fluides

Mots clés libres

Flammes swirlées

FDF

Diagnostiques laser

LES

Swirling flames

FDF

Laser diagnostics

LES

Résumé

Les systèmes de combustion à prémélange pauvre (PP) sont l’une des technologies les mieux adaptées pour la réduction des émissions de polluants, mais ils sont très sensibles aux phénomènes d’extinction, aux retours de flamme (flashback) dans l’injecteur et aux instabilités de combustion. La plupart des chambres de combustion des turbines à gaz utilisent de swirleurs pour stabiliser des flammes compactes et permettre une combustion efficace et propre avec des densités de puissance élevée. Une meilleure connaissance des mécanismes de la dynamique de la combustion d’écoulements swirlés PP présente un intérêt aussi bien pratique que fondamental. Ce travail est une contribution pour atteindre ce but. Le brûleur Noisedyn, avec une geometrie modifiable, a été spécialement conçu pour répondre à cet objectif. Une analyse expérimentale a etait conduite pour examiner les paramètres qui reduisent la sensibilité des systèmes PP aux phénomènes dynamiques. Mesures de fonction de transfert de flamme (FTF), diagnostiques laser (LDV et PIV) et imagerie des flammes sont les principaux techniques utilisé dans ce travail. Large eddy simulation sont aussi utilisé pour expliquer les mécanismes derrière les observations experimentaux.

Lean premixed (LPM) combustion systems achieve low pollutant emission levels, with compact flames and high power densities, but are highly sensitive to dynamic phenomena, e.g, flashback, blowout and thermoacoustic instabilities, that hinder their practical application. Most LPM gas turbine combustors use swirling flows to stabilize compact flames for efficient and clean combustion. A better knowledge of the mechanisms of steady and unsteady combustion of lean premixed swirled mixtures is then of practical, as well as fundamental interest. This thesis is a contribute towards the achievement of this goal. A burner, made of several components with variable geometry, was specifically designed for this scope. An experimental analysis was conducted to investigate the main parameters leading to a reduction of the sensitivity of LPM systems to dynamic phenomena. The diagnostics applied include flame transfer function (FTF) measurements, laser diagnostics (LDV and PIV) and flame imaging. Large eddy simulations were also exploited to elucidate the mechanisms behind the experimental observations.