Analyse de l'injection directe d'hydrogène, de la stabilisation de flammes et de leur dynamique pour les applications aéronautiques et énergétiques.

Analysis of direct hydrogen injection, flame stabilization and dynamics for energy and aeronautical applications

• Auteur / Autrice : Nicolas Vaysse
• Direction : Ronan Vicquelin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Combustion
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : EM2C - Energétique Moléculaire et Macroscopique, Combustion
• Partenaire(s) de recherche : référent : CentraleSupélec

Mots clés

Mots clés libres

Combustion

Hydrogène

Stabilisation

Instabilités de combustion

Structure de flamme

Combustion

Hydrogen

Stabilization

Combustion instabilities

Flame structure

Résumé

Dans un objectif de réduction des émissions polluantes de l'aviation et de la production d'énergie, l'hydrogène est proposé comme alternative aux carburants actuels. Néanmoins, la combustion de l'hydrogène pose des problèmes de sécurité liés à ses propriétés réactives, et sa haute température favorise la production d'oxydes d'azote. L'enjeu de ce projet de thèse est de proposer un système d'injection d'hydrogène permettant une combustion stable et peu émettrice d'oxydes d'azote. La stabilisation et la structure des flammes hydrogène/air obtenues par injection directe sera étudiée à l'aide de diagnostics optiques et de simulations numériques aux grandes échelles. L'étude expérimentale du comportement dynamique de la flamme permettra de mieux comprendre le phénomène d'instabilités thermo-acoustiques dans le cas de l'hydrogène. L'influence des paramètres géométriques du brûleur sur ces instabilités de combustion fera également l'objet d'une étude approfondie. Le système proposé sera ensuite dupliqué sur des brûleurs multiples pour étudier des conditions limites proches des configurations annulaires industrielles.

In order to reduce polluting emissions from aviation and energy production, hydrogen is proposed as an alternative to current fuels. Nevertheless, the combustion of hydrogen causes safety problems due to its reactive properties, and its high temperature favours the production of nitrogen oxides. The objective of this thesis is to come up with a hydrogen injection system allowing stable combustion with low nitrogen oxide emissions. The stabilization and structure of hydrogen/air flames obtained by direct injection will be studied using optical diagnostics and large eddy simulations (LES). The experimental study of the dynamic behavior of the flame will help understand the phenomenon of thermo-acoustic instabilities in the case of hydrogen. The influence of the geometrical parameters of the burner on these combustion instabilities will also be further studied. The proposed system will then be duplicated on multiple burners to study boundary conditions close to industrial annular configurations.