Analyse de la propagation d’une flamme méthane/air dans un canal étroit bi-dimensionnel avec prise en compte des couplages thermiques

Analysis of a methane/air flame propagating in a two-dimensional small-scale channel with consideration of the conjugate heat transfer

• Auteur / Autrice : Kévin Bioche
• Direction : Luc Vervisch, Guillaume Ribert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 27/11/2018
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Franck Richecœur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Vervisch, Guillaume Ribert, Bruno Denet, Guillaume Dayma, Pascale Domingo, Pedro Luis Garcia-Ybarra
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bruno Denet, Guillaume Dayma

Mots clés

Mots clés contrôlés

Flamme

Écoulement laminaire

Simulation par ordinateur

Combustion

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Simulation numérique directe de la combustion

Transferts flamme-paroi

Combustion à petite échelle

Réduction de schéma cinétique

Direct numerical simulation of combustion

Laminar flows

Flame-wall transfers

Small-scale combustion

Fluid mechanics

Kinetic mechanism reduction

Résumé

La stabilisation et la propagation d’une flamme laminaire pré-mélangée méthane/air dans un canal étroit, sont revisitées à partir de simulations numériques. La combustion est modélisée à l’aide d’une chimie et de propriétés de transport complexes, ainsi que du couplage des transferts thermiques à l’interface et dans les parois. Premièrement, une procédure de réduction des mécanismes chimiques adaptée à cette application est appliquée. Deuxièmement, la réponse de la forme de flamme lorsque soumise à diverses conditions thermiques est analysée en termes de vitesse de propagation et de topologie de l’écoulement au voisinage du front de réaction. Troisièmement, le mécanisme de transfert thermique déclenchant la propagation de flamme lorsque celle-ci est soumise à un préchauffage est montré être principalement convectif. Pour finir, le rôle prépondérant de la gravité, via l’action du moment barocline, sur la symétrie des flammes se propageant dans des canaux étroits, est démontré.

The flow physics controlling the stabilization and propagation of a methane/air laminar premixed flame in a narrow channel is revisited from numerical simulations. Combustion is described with complex chemistry and transport properties, along with a coupled simulation of heat transfer at and within the wall. First, a chemistry mechanism reduction procedure fitted to this application is applied. Second, the response of the premixed flame shape to various heat transfer conditions is analyzed in terms of flame propagation velocity and flow topology in the vicinity of the reactive front. Third, the heat transfer mechanism triggering the flame movement when this last is submitted to an upstream wall preheating is revealed to be mainly convective. To finish, the preponderant role of gravity, via an impact on the baroclinic torque, in the symmetry breaking of small-scale channel flames is demonstrated.