Dynamique de la combustion dans un foyer annulaire multi-injecteurs diphasique

Combustion dynamics of an annular combustor with multiple spray injectors

• Auteur / Autrice : Kevin Prieur
• Direction : Thierry Schuller, Sébastien Candel, Daniel Durox
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Combustion
• Date : Soutenance le 14/12/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Françoise Baillot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Cazalens, Christian Tenaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Poinsot, Nicolas Noiray

Mots clés

Mots clés contrôlés

Combustion multiphasique

Simulation des grandes échelles

Chambres de combustion

Combustion

Mots clés libres

Dynamique de la combustion

Instabilités de combustion

Chambre annulaire

Allumage

Combustion dynamics

Combustion instabilities

Annular chamber

Light-round

Résumé

Ces dernières décennies ont vu apparaître de nombreuses innovations dans le domaine de la combustion afin de réduire la consommation et les émissions polluantes. De nouveaux types d'injecteur, de type LPP - Lean Premixed Prevaporized, ont été mis au point permettant de diminuer le rapport combustible/air et visent à pré-vaporiser le carburant en amont de la combustion afin de mieux le mélanger à l'air issu du compresseur. Cette architecture permet une amélioration de la consommation et des émissions polluantes, mais rend les foyers annulaires plus sensibles à des phénomènes instationnaires qui perturbent le fonctionnement du système, accroissent les flux de chaleur vers les parois de la chambre, induisent des vibrations de structures, entrainent une fatigue cyclique des pièces mécaniques et dans des cas extrêmes conduisent à des dommages irréversibles. L'objectif est de poursuivre l'effort engagé au laboratoire EM2C sur ce thème et plus particulièrement sur celui de la dynamique de la combustion dans les chambres annulaires. La thèse concerne plus spécialement le cas où l'injection du combustible s'effectue sous forme liquide. La configuration reproduit sous forme idéalisée celle que l'on trouve en pratique dans les moteurs aéronautiques. La chambre, désignée sous le nom de MICCA-Spray, est équipée de 16 injecteurs swirlés pouvant être alimentés par un combustible liquide ou gazeux, permettant ainsi une combustion diphasique ou prémélangée. Le système possède des parois en quartz donnant un accès optique à la zone de flamme. Il est aussi équipé d'un ensemble de diagnostics tels des microphones, des photomultiplicateurs ainsi que des systèmes d'imagerie à haute cadence.

These last decades have seen many innovations in the field of combustion to reduce fuel consumption and pollutant emissions. New types of injector, for example LPP - Lean Premixed Prevaporized, have then been developed to reduce the fuel / air ratio and aim to pre-vaporize the fuel upstream of the combustion in order to mix it better with the air coming from the compressor. Unfortunately this architecture makes annular chambers more sensitive to unsteady phenomena which disturb the functioning of the system, increase the heat flows towards the walls of the chamber, induce vibrations of structures, cause cyclic fatigue of mechanical parts and in extreme cases lead to irreversible damage. The objective of this thesis is to continue the effort undertaken at the EM2C laboratory on this topic and more particularly on the dynamics of combustion in annular chambers comprising a set of injectors. The thesis concerns more particularly the case where the injection of the fuel takes place in liquid form. This configuration reproduces, in idealized form, what can be found in practice in aeronautical engines. It is also a configuration studied at the fundamental level. The chamber, known as MICCA-Spray, is equipped with 16 swirled injectors that can be powered by liquid or gaseous fuel, thus enabling two-phase or fully premixed combustion. The system has quartz walls giving optical access to the flame zone. It is also equipped with a set of diagnostics such as microphones, photomultipliers and high-speed imaging systems.