Measurement of sooting tendencies of alternative fuels : application to primary reference fuels

• Auteur / Autrice : Muhammad Kashif
• Direction : Philippe Guibert, Guillaume Legros
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des Fluides et Energétique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Combustion

Suie

Carburants de remplacement

Résumé

Un dispositif a été conçu et validé pour mesurer la fraction volumique de suie dans de flammes non-prémélangées méthane/air dopées en vapeurs d’hydrocarbures liquides. La quantification en fraction volumique de suie est obtenue en inversant les données d’extinction d’un faisceau laser à travers une flamme axisymétrique par l’algorithme nommé Onion- Peeling stabilisé par une régularisation de type Tikhonov. La mesure est ensuite convertie en un indice appelé Yield Sooting Index (YSI). La méthode a été appliquée pour comparer les tendances des de mélanges de n-heptane et d’iso-octane (Primary Reference Fuels (PRFs)) à produire de suie dans une flamme non-prémélangée axisymmétrique dopée en vapeur de PRF, en maintenant constante soit la concentration en vapeur, soit de l’énergie des vapeurs injectés. Une corrélation de second ordre a été établie pour prédire la variation d’YSI avec la teneur en iso-octane dans le PRF et la concentration en dioxyde de carbone dans l’écoulement oxydant annulaire. Les études réalisées sur cette flamme de laboratoire et les résultats obtenus ont une portée pratique et doivent permettre de prédire le comportement des combustibles considérés à former de suie en condition réelles.

An optical diagnostics layout is designed and validated to measure soot volume fraction in methane/air diffusion flames doped with vapors of liquid hydrocarbons. Soot volume fraction is inferred from the inversion of integrated light extinction data using an Onion-peeling algorithm stabilized by a Tikhonov regularization method. This measurement is then converted into apparatus-independent Yield Sooting Index (YSI). The method has been applied to compare the sooting tendencies of PRFs in doped axisymmetric diffusion flames when keeping the concentration or energy of injected vapors constant. A second-order correlation modeling the variation of YSI with the mole fraction of iso-octane in PRF mixture and the proportion of carbon dioxide in the co-flowing oxidizer has been established using least-squares non-linear data-fitting to experimental data. These studies performed on laboratory flames and the results obtained are of practical importance and can be used to predict the sooting behavior of fuels under practical combustion environment.