Conception et étude expérimentale et numérique d'un système de contrôle de trajectoire et mélange des jets de gaz dans les brûleurs à oxygène

Conception and experimental /numerical study of a system controlling the trajectory and mixing of gaseous jets in oxy/fuel burners

• Auteur / Autrice : Thomas Lederlin
• Direction : Thierry Poinsot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Actionneurs

Jets -- Fluides, Dynamique des

Brûleurs à gaz

Mots clés libres

Contrôle actif

Flamme de diffusion

Simulation aux grandes échelles

Résumé

Le contrôle de flammes de brûleurs multi-jets est étudié dans cette thèse et appliqué à des oxy-brûleurs à jets séparés. Un actionneur a été conçu pour provoquer des déviations de jet de forte amplitude. L'aérodynamique d’un écoulement de deux jets munis de ces actionneurs est étudiée expérimentalement et numériquement. Deux configurations différentes montrent que les actionneurs améliorent le mélange des réactifs et contrôlent la trajectoire globale de l'écoulement. Les visualisations et les mesures coïncident avec les résultats du calcul. Des calculs d'une flamme de trois jets ont aussi été menés ; ils montrent l'effet de l'incidence des jets sur la structure de flamme et prouvent la capacité de la LES à capturer ces phénomènes. Au niveau industriel, un brûleur pilote a été réalisé. Les tests prouvent l'efficacité des actionneurs pour diriger le transfert thermique, ce qui entraîne une augmentation nette du rendement thermique de ce brûleur par rapport à un cas non-actionné.

This work deals with the control of multi-jet flames from oxy-fuel burners. An actuator has been designed to carry out a wide-amplitude jet deviation. The aerodynamics of the flow from a double-jet injector, geared with actuators, is studied experimentally and numerically. Two different flow configurations show that the actuator enhances mixing and controls the trajectory of the global flow. The visualization and measurements are retrieved well by the Large Eddy Simulations. Reactive calculations on a three-jet configuration are also undertaken. When compared to experimental results, these calculations show the effect of jet incidence on the flame structure and prove the ability of LES to capture such phenomena. At the industrial level, a pilot burner has been outfitted with actuators. Tests of this burner prove the effectiveness of the actuators to orient the heat transfer from the flame, and exhibit better overall performance than a ''straight-flame'' burner.