Caractérisation expérimentale des flammes non-prémélangées H₂/O₂ : application aux cas des injecteurs coaxiaux de moteurs fusées

• Auteur / Autrice : Jean-Luc Beduneau
• Direction : Mourad Boukhalfa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Energétique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Rouen, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Aérothermique, Moteurs et Environnement (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime)

Résumé

La propulsion aérospatiale a connu en matière de gain de puissance et de fiabilité, une évolution importante durant les dernières décennies. Ces deux points restent cependant entièrement d'actualité pour le développement des futurs moteurs spatiaux. La progression vers ces objectifs passe par une meilleure compréhension des phénomènes physiques mis en jeux lors de la combustion dans les moteurs cryotechniques. Dans cette optique, ce mémoire concerne l'étude de la combustion hydrogène-oxygène en phase gazeuse, stabilisée sur des injecteurs coaxiaux de moteurs fusées. L'objet de ces travaux est la caractérisation de la flamme hydrogène-oxygène à l'aide de, la tomographie laser, l'anémométride Doppler laser, la vélocimétrie par inter corrélation d'images de particules et de l'imagerie de l'émission spontanée du radical OH*. Nous avons donc déterminé les régimes de fonctionnement des flammes H₂/O₂ ainsi que l'impact des grandes structures présentes dans le jet d'hydrogène sur le front de flamme. L'étude a été basée sur la variation de paramètres tels que le diamètre des injecteurs, le rapport de mélange et les vitesses débitantes. Cela a permis de caractériser l'effet d'échelle des injecteurs ainsi que l'impact des conditions du mélange sur le développement de la flamme. Les mesures obtenues dans cette étude constituent une base de données sur le développement dynamique de la flamme hydrogène-oxygène ainsi que sur l'interaction entre la flamme et la turbulence. De plus, le mode de stabilisation de la flamme a été étudié de façon très précise. Il a été montré que l'épaisseur de la lèvre de l'injecteur est un paramètre déterminant pour la stabilisation. En plus de la caractérisation globale et locale de la combustion H₂/O₂ à haute vitesse, les résultats de cette étude forment une base de données utile pour la modélisation et la simulation numérique de ce type de combustion.