Stabilisation et propagation de flammes pauvres prémélangées dans des conduits de petites dimensions en interaction forte avec les parois

Stabilization and propagation of lean premixed flames in small dimensions conducts in strong thermal interaction with the walls

• Auteur / Autrice : Amanda Pieyre
• Direction : Franck Richecœur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Combustion
• Date : Soutenance le 30/04/2019
• 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 : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Dayma
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Domingo, Marc Bellenoue, Carmen Jimenez, Guillaume Ribert, Nasser Darabiha, Laurent Zimmer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Domingo, Marc Bellenoue

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Dynamique des fluides

Flamme

Mots clés libres

Combustion en méso-échelle

Conduit étroit

Expérimental

Simulation numérique 1-D

Interactions flamme-paroi

Méthane/air

Mesoscale combustion

Narrow channel

Experiments

Numerical simulation 1-D

Flame-wall interactions

Methane/air

Résumé

Les besoins en systèmes d’énergie de quelques dizaines de Watts grandissent à mesure que la demande pour des outils portables de petite dimension augmente. La conversion d’énergie par combustion reste le procédé le plus efficace par kilogramme transporté. Seulement, la stabilisation de flammes de faible puissance dans des environnements confinés reste un défi car les échanges thermiques entre la flamme et l’extérieur sont très importants par rapport à la puissance de la flamme et conditionnent la capacité du système à produire de l’énergie de façon continue et stable. Le travail de thèse proposé étudie les propriétés et les échanges de chaleur d’une flamme de méthane dans un tube de 5 mm de diamètre. On montre expérimentalement à l’aide de diagnostics innovants et numériquement que sous certaines conditions, la flamme perd sa symétrie et que sa position dépend des échanges de chaleur. Ce travail explore aussi la possibilité d’assister la flamme en la couplant à un plasma micro-onde.

The energy system needs of a few tens of Watts grow as the demand for reducedsize portable devices grows. Combustion energy conversion remains the most efficient process per kilogram transported. However, the stabilization of low-power flames in confined environments remains a challenge because the thermal exchanges between the flame and the outside are very important compared to the power of the flame and condition the capacity of the system to produce energy in a continuous and stable way. The thesis work proposed here studies the properties of a methane flame in a 5 mm diameter tube and the heat exchanges with the environment. It is shown experimentally using innovative diagnostics and numerically that under certain conditions, the flame loses its symmetry and can move according to heat exchanges. This work also explores the possibility of assisting the flame by coupling it to a microwave plasma.