Etude expérimentale d'un mélange combustible-comburant par fluorescence induite par laser : application à des flammes pré-mélangées et partiellement pré-mélangées

Experimental study of a mixture combustible/air by laser induced fluorescence : application to premixed and partially premixed flames

• Auteur / Autrice : Anna Maria Pubill Melsio
• Direction : François Lacas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 2004
• 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

Naphtalène

Acétone

Fluorescence

Mots clés libres

Fluorescence induite par laser

Résumé

L’utilisation de méthodes diagnostics “non-intrusives” fournissant des mesures de température, de concentration ou de vitesse tels que la diffusion Rayleigh, l’absorption ou la PIV, par exemple, se révèlent nécessaires dans les domaines de la combustion et de la mécanique des fluides. Dans le cadre de cette thèse, nous avons utilisé la fluorescence induite par laser (technique “non-intrusive”), qui nous donne accès à des mesures de concentration d’espèces dans des foyers ou des flammes dans des conditions extrêmes. Nous prenons une molécule susceptible d’être fluorescente à une certaine longueur d’onde et nous la mélangeons avec du combustible. Ce dopant doit être préalablement excité à l’aide d’un laser. La molécule doit avoir certaines caractéristiques proches du combustible avec lequel va être mélangé et de plus, elle doit résister les différentes conditions des expériences. Une recherche bibliographique nous a permis de déterminer des molécules (traceurs) susceptibles de convenir à ce genre d’approche. Les molécules finalement choisies sont la cétone acétone (C3H6O) et le naphtalène (C10H8) qui appartient aux PAHs (Hydrocarbures Polycycliques Aromatiques). La suite se déroule en deux parties différentes. Dans la première partie, une étude fondamentale à différentes pressions est réalisée ; l’objectif étant de mettre en évidence l’influence de la pression sur le signal de fluorescence (1 à 15 bar). Cette condition est intéressante pour utiliser le traceur dans des environnements sous pression, comme par exemple les moteurs. La deuxième partie présente des résultats de l’application de ce diagnostic optique à deux types de configurations expérimentales.

The use of ''non-intrusive'' diagnostics providing speed or concentration, temperature measurements such as the Rayleigh diffusion, absorption or PIV, for example, appear necessary in the fields of combustion and mechanics of the fluids. Within the framework of this thesis, we have used the laser induced fluorescence (''non-intrusive'' method), which gives us access to measurements of concentration of species in fresh flows or in flames, under extreme conditions. We take a molecule likely to be fluorescent with a certain wavelength and we mix it with fuel. This molecule must be beforehand excited using a laser. It must have certain characteristics close to the fuel with which will be mixed and moreover, it must resist the different conditions of the experiments. A research enabled us to determine the molecules (tracers) likely to be appropriate for this kind of approach. The final selection includes the ketone acetone (C3H6O) and the naphthalene (C10H8) which belongs to PAHs (Aromatic Polycyclic Hydrocarbons). The continuation proceeds in two different parts. In the first part, a fundamental study with various pressures is carried out; the objective is to highlight the influence of the pressure on the signal of fluorescence (1 to 15 bar). This condition is interesting to use the tracer in environments under pressure, such as for example the engines. The second part is the application of this optical diagnostic in two different configurations. In the first application, which is emphasized, is the measurement of the distribution of fuel in a combustion chamber which did not have enough time to burn.