Etudes d'interactions flamme-tourbillon : implications pour la combustion turbulente

Studies of flame-vortex interactions : implications for turbulent combustion

• Auteur / Autrice : Paul-Henri Renard
• Direction : Juan Carlos Rolon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Combustion

Flamme

Tourbillons (mécanique des fluides)

Résumé

La complexité des mécanismes physiques en jeu en combustion turbulente et la difficulté à mesurer des grandeurs physiques dans des configurations réelles ont considérablement ralenti l'avancement des connaissances dans ce domaine. Un moyen de se sortir de ce mauvais pas est d'étudier des configurations modèles simples pour espérer tirer des informations exploitables pour des cas plus complexes. L'étude des interactions flamme/tourbillon relève de cette démarche. Ce travail de thèse s'articule autour de quatre chapitres. Le premier commence par exposer un certain nombre de faits expérimentaux liés aux tourbillons. Puis, on y fait le bilan des connaissances sur les interactions flamme/tourbillon tant dans le cas prémélange que dans le cas non-prémélange. Enfin, une petite synthèse des théories les plus récentes sur les diagrammes de combustion turbulente est présentée. Le deuxième chapitre présente les différents moyens d'analyse à notre disposition. Le dispositif expérimental est d'abord présenté. Puis, une description, assez détaillée, des techniques de mesure est proposée. Enfin, l'interprétation des mesures est faite à la lumière de simulations numériques directes d'interactions flamme/tourbillon bidimensionnelles. Un certain nombre de calculs analytiques sont présentes dans le troisième chapitre. Ils permettent d'avoir accès à des grandeurs physiques importantes pour la compréhension de la dynamique de l'interaction qui ne sont pas accessibles à la mesure. Le dernier chapitre présente les résultats de ce travail. Pour commencer, des mesures expérimentales sont présentées pour le cas prémélange. Elles confirment des résultats antérieurs de simulation et ouvrent de nouveaux horizons sur l'étude des interactions de fronts de flamme. Puis, le cas non-prémélange est traité. Des résultats de simulations sont d'abord analysés, ce qui donne des clés pour la compréhension des résultats expérimentaux. Une comparaison de nos modèles théoriques sur les tourbillons avec l'expérience est ensuite faite. Les différents régimes d'interaction sont alors présentés et regroupés dans un diagramme spectral qui permet l'élaboration d'un diagramme de combustion turbulente. Pour finir, un modèle de combustion turbulente pour la simulation aux grandes échelles est proposé.