Etude expérimentale du comportement de brûleurs à jets séparés : application à la combustion gaz naturel-oxygène pur

Expérimental study of a separated jets burner : application to the natural gaz-pure oxygen combustion

• Auteur / Autrice : Luc Salentey
• Direction : Jean-Charles Sautet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Énergétique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Rouen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diffusion (physique)

Vélocimétrie laser Doppler

Flamme

Jets

Polluants atmosphériques

Tomographie

Brûleurs à gaz

Résumé

L’évolution des normes anti-pollution et l’optimisation des performances des chambres de combustion nécessitent le développement de nouveaux types de brûleurs et l’amélioration des techniques de combustion. L’utilisation de l’oxy-combustion dans des brûleurs à jets séparés offre des perspectives intéressantes dans la réduction des NOx et dans la modularité des propriétés des flammes (accrochage, topologie du front de flamme, longueur de flammes). La géométrie complexe de ces brûleurs pose certains problèmes comme le caractère tridimensionnel de l’écoulement, qui peut perturber la stabilité de la combustion car les flammes sont suspendues au-dessus du brûleur. Cette étude expérimentale traite d’une version simplifiée de ce type de brûleur comportant un jet central de gaz naturel entouré de deux injecteurs d’oxygène. Dans un premier temps l’étude des jets non-réactifs a été envisagée afin de comprendre les phénomènes dynamiques et de mélange entre les jets et de fournir une base de données pouvant servir à la validation de code de calcul. L’écoulement réactif, se développant dans un four simulant des conditions réelles d’utilisation, a ensuite été étudié. Les études du champ dynamique à l’aide de la Vélocimétrie Doppler Laser (LDV) et du mélange turbulent par tomographie Laser conditionnelle ont été complétées en combustion par la visualisation de l’émission spontanée du radical OH dans les zones initiales et finales des flammes, ainsi que par la mesure de polluants comme les NOx et les suies. Les mesures réalisées en variant les vitesses d’injection et l’écartement entre les jets ont permis de mettre en évidence l’influence de ces paramètres sur la stabilisation des oxy-flammes, ainsi que sur la modification de la topologie et des caractéristiques des écoulements. La comparaison des mesures effectuées dans l’écoulement non-réactif et dans l’écoulement réactif montre l’influence de l’oxy-combustion sur le développement dynamique et scalaire de ce type de brûleurs.

The evolution of pollution standards and the optimisation of furnaces performances require a development of new burner generation and also the improvement of combustion techniques. Actually, the use of oxy-combustion in separated jets burners offers interesting prospects for NOx emission reduction and on the modularity of flames properties (lift off, flame front topology, flame length). The complex geometry of those burners leads to several problems like the three-dimensional character of the flow, which may sometimes disturb the flame stability as flames are lifted above the burner. This experimental study deals with a simplified version of that kind of burner constituted with a central natural gas jet surrounded by two oxygen jets…