Étude asymptotique et numérique de la structure des flammes de diffusion laminaires et turbulentes

Asymptotic and numerical study of laminar and turbulent diffusion flames

• Auteur / Autrice : Bénédicte Cuenot
• Direction : Thierry Poinsot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Avions -- Propulsion par réaction

Turbulence

Combustion

Modèles mathématiques

Flamme

Résumé

Les flammes de diffusion turbulentes sont le mecanisme de combustion de nombreux systemes propulseurs (statoreacteur supersonique par exemple). Dans de tels systemes, le combustible et l'oxydant sont amenes separement dans la chambre de combustion. A l'endroit ou les deux flux entrent en contact se cree une interface, dont la position et l'epaisseur dependent des conditions aux limites, de la cinetique chimique et des vitesses de diffusion. C'est dans cette zone que se melangent par diffusion les deux reactifs et que s'allume eventuellement la flamme. Dans de tels systemes, le rendement de combustion, directement lie a la cinetique chimique mais aussi a l'efficacite de melange, est nettement augmente par la turbulence. Au cours du travail presente, deux approches complementaires sont utilisees pour etudier ce phenomene: une approche theorique d'une part (methode asymptotique), et une approche numerique d'autre part (simulation numerique directe). A cause des cinetiques chimiques tres rapides rencontrees dans la plupart des systemes propulseurs (combustion de l'hydrogene dans le cas du statoreacteur supersonique par exemple), la zone de reaction situee a l'interface des deux flux est tres mince par rapport aux autres echelles caracteristiques du systeme. Une analyse asymptotique nous permet de calculer une solution approchee, construite sur un nombre adimensionnel caracteristique, le nombre de damkohler. La simulation numerique directe permet de calculer des flammes de diffusion laminaires ou turbulentes dans des geometries simples, par la resolution directe des equations de conservation, sans modele de turbulence, ni hypothese d'equilibre chimique. Ces calculs apportent des informations locales et instantanees sur les interactions entre la flamme et la turbulence, en meme temps qu'une etude statistique globale utile a la modelisation. Enfin, la comparaison des solutions issues des deux methodes-theorique et numerique- permet une validation reciproque dans le cas de la flamme de diffusion laminaire monodimensionnelle. Apres avoir verifie la bonne correspondance entre les deux solutions, on utilise cette methode de comparaison pour evaluer les effets de courbure et d'instationnarite, d'abord dans une configuration d'interaction flamme-paire de tourbillons, ensuite dans une configuration de flamme turbulente, aboutissant a des diagrammes de regime de combustion turbulente