Énergie recyclée par conversion chimique pour application à la combustion dans le domaine aérospatial (ERC3)

Energy recovery by means of chemical conversion for use in aerospace combustion

• Auteur / Autrice : Lucio Taddeo
• Direction : Nicolas Gascoin, Khaled Chetehouna, Fulvio Stella
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 24/10/2017
• Etablissement(s) : Bourges, INSA Centre Val de Loire en cotutelle avec Università degli studi La Sapienza (Rome)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Gascoin, Khaled Chetehouna, Fulvio Stella

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinétique chimique

Mots clés libres

Refroidissement régénératif

Endocarburant

Couplage Combustion-pyrolyse

Analyse dynamique

Modélisation cinétique

Regenerative cooling

Endothermic propellant,

Combustion-pyrolysis coupling

System dynamics analysis

Parametric kinetic modeling

Résumé

Le refroidissement actif par endocarburant permet d’assurer la tenue thermique d’un superstatoréacteur pour le vol hypersonique. Néanmoins, l’utilisation de cette technologie de refroidissement passe par la maitrise du couplage combustion – pyrolyse, qui fait de la définition d’une stratégie de contrôle du moteur un véritable défi. Une étude expérimentale a été réalisée afin d’analyser l’effet du paramètre de commande principal, le débit de combustible, sur des paramètres de sorties pertinents, à l’aide d’un dispositif de test spécifiquement conçu pour appréhender le couplage combustion – pyrolyse. Ceci a permis d’étudier la dynamique d’un circuit régénératif par rapport à ce paramètre de commande. Une étude cinétique paramétrique sur la pyrolyse du carburant a été conduite en parallèle de celle expérimentale afin d’affiner l’analyse et améliorer l’interprétation des expériences. La décomposition du carburant utilisé pour les tests (éthylène) a été prise en compte grâce à un mécanisme cinétique détaillé (153 espèces, 1185 réactions chimiques).

Regenerative cooling is a well-known cooling technique, suitable to ensure scramjets thermal protection. The development of regeneratively cooled engines using an endothermic propellant is a challenging task, especially because of the strong coupling between fuel decomposition and combustion, which makes the definition of an engine regulation strategy very hard. An experimental study, aiming at identifying the effect of fuel mass flow rate variations on a fuel cooled-combustor in terms of system dynamics has been carried out. A remotely controlled fuel-cooled combustor, designed by means of CDF calculations and suitable for the experimental analysis of combustion-pyrolysis coupling, has been used. In order to improve tests results analysis, a parametric study to characterize fuel decomposition has also been realized. The pyrolysis has been modeled by using a detailed kinetic mechanism (153 species, 1185 chemical reactions).