Allumage, interaction flamme-paroi et instabilités de combustion des flammes hydrogène-air à basses et hautes pressions.

Ignition, flame-wall interaction and combustion instabilities ofhydrogen-air flames at low and high pressures.

• Auteur / Autrice : Noah Turner
• Direction : Thierry Poinsot, Laurent Gicquel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energétique et transferts
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2025
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (EPE ; 2025-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CERFACS
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Mécanique des fluides numérique
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)

Mots clés

Mots clés libres

Combustion

Instabilités

Hydrogène

Combustion

Instabilities

Hydrogen

Résumé

N. Turner réalisera des simulations avec les outils du CERFACS, en lien direct avec les expériences menées par l'IMFT, afin de traiter diverses problématiques liées aux flammes hydrogène–air sous haute pression. Trois grandes classes de simulations seront ciblées : - Combustion stable et instabilités de combustion des flammes d'hydrogène en écoulement tournant, en particulier à haute pression : quelle est la structure des flammes haute pression dans le dispositif HYLON de l'IMFT, qui constitue une référence mondiale dans ce domaine et est utilisé par de nombreux groupes à l'international. Quelle est leur stabilité ? Comment réaliser des simulations précises à haute pression ? - Allumage de jets d'hydrogène : à quel moment un jet d'hydrogène s'enflamme-t-il au contact d'une surface chaude et comment ce phénomène conduit-il à une intensité plus ou moins violente ? De tels allumages peuvent se produire dans de nombreuses circonstances : au-delà de 800 K, toute surface chaude représente une source potentielle d'allumage pour un mélange hydrogène–air. Comprendre cette limite et son lien avec les conditions locales est crucial dans les turbines à gaz, chaudières, fours, par exemple lors de séquences transitoires telles que l'allumage ou l'arrêt des opérations. - Interaction flamme–paroi des flammes d'hydrogène : comment modéliser correctement l'interaction des flammes d'hydrogène avec les parois ? Quel type de modèle de paroi est nécessaire ?

N. Turner will perform simulations with CERFACS tools in direct connection with the experiments performed by IMFT to address various issues linked to high-pressure hydrogen/air flames. Three main classes of simulations will be targeted: - Stable combustion and combustion instabilities of hydrogen swirled flames, especially at high pressures: what is the structure of high pressure flames in the HYLON setup of IMFT which is a world reference in this field, used by many groups worldwide, what is their stability, how can we perform accurate simulations at high pressures? - Ignition of hydrogen jets: when does a hydrogen jet ignite on a hot surface and how does it lead to a more or less violent phenomenon? Such ignitions can occur in many circumstances: beyond 800K, any hot surface represents a potential ignition source for a hydrogen air mixture. Understanding this limit and the link with the local conditions is critical in gas turbines, boilers, furnaces, for example during transient sequences such as ignition or stopping of operations. - Flame-wall interaction of hydrogen flames: how must the interaction of hydrogen flames with walls be modeled ? Which type of wall model is needed?