Applications des décharges de type streamer nanoseconde aux domaines de la combustion et de la spectroscopie

Applications of nanosecond streamer discharge to the fields of combustion and spectroscopy

• Auteur / Autrice : Rodolphe Delorme
• Direction : Pierre Vervisch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Énergétique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Rouen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Générateurs de puissance à impulsions

Haute tension

Moteurs à explosion -- Combustion

Hydrogène

Argon

Turbulence

Flamme

Rayonnement ultraviolet

Plasmas (gaz ionisés)

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l'application de décharges haute-tension, ayant des temps de montée de l'ordre de la nanoseconde, dans des domaines en pleine expansion actuellement. Cette étude s'articule autour de deux grands axes de recherche que sont la combustion et la spectroscopie. La première des applications potentielles dans le domaine de la combustion, l'allumage d'un mélange combustible en configuration pointe-couronne, nous a permis de valider cette technique d'allumage et de la comparer à un allumage classique par étincelle. Ce type d'allumage permet d'initier la combustion d'un mélange propane-air à richesse 1, à température ambiante, pour des pressions comprises entre 1 et 7 bars. La seconde application concerne la stabilisation de flamme liftée turbulente en sortie d'injecteur, par un plan de décharge en configuration fil-fil à barrière diélectrique. Ce procédé permet, pour une hauteur de stabilisation donnée, d'augmenter la vitesse débitante de près de 80%. L'énergie électrique injectée dans les décharges streamer correspond à 1/1000ème de l'énergie de la flamme. La limitation technique actuelle de ce type de stabilisation se situe au niveau de la fréquence de répétition des décharges (< 300 Hz). Dans le domaine de la spectroscopie, l'application de décharges streamer, en configuration fil-fil à barrière diélectrique, dans un mélange Argon-Hydrogène, permet de générer une émission entre 185 et 350 nm due à la transition dissociative de H2 (a3S+g-->b3S+u). L'ajout d'un gaz tampon, l'Hélium, permet d'accroître de 50% l'efficacité de la source.

This thesis work concerns the application of high-voltage discharges, having rise time about the nanosecond, in fields in full expansion nowadays. This study is articulated around two large research orientations which are combustion and spectroscopy. The first of the potential applications in the field of combustion, the ignition of a combustible mixture in configuration point-to-crown, enabled us to validate this technique of ignition and to compare it with a traditional ignition by spark. This type of ignition makes it possible to initiate the combustion of a stoechiometric propane-air mixture, at ambient temperature, for pressures ranging between 1 and 7 bars. The second application relates to the stabilization of turbulent lifted flame at exit of injector, by a discharge sheet in wire-wire configuration with dielectric barrier. This process allows, for a height of stabilization given, to increase the flowing speed of almost 80%. The electric power injected into the streamer discharges corresponds to 1/1000th of the flame energy. The current technical limitation of this type of stabilization is at the level of the discharges repetition rate (< 300 Hz). In the field of spectroscopy, the application of streamer discharges, in wire-wire configuration with dielectric barrier, in a Argon-Hydrogen mixture, makes it possible to generate an emission between 185 and 350 nm due to the dissociative transition from H2 (a3S+g-->b3S+u). The addition of a buffer gas, Helium, makes it possible to increase by 50% the source efficiency.