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Dissertations / Theses on the topic 'Combustion hydrogène'
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Guiberteau, Clément. "Οxycοmbustiοn de l'hydrοgène et de mélanges hydrοgène-méthane : étude des caractéristiques de flamme." Electronic Thesis or Diss., Normandie, 2024. http://www.theses.fr/2024NORMIR04.
Full textAbstract:
La décarbonation des procédés industriels de combustion haute-température (hauts-fourneaux, fours verriers, four à clinker, . . .) est possible par l’utilisation de différents combustibles alternatifs. Parmi eux, l’hydrogène est envisagé. Par rapport au méthane, l’hydrogène est plus léger et moins énergétique à volume égal, sa combustion se caractérise par une augmentation de la vitesse de flamme laminaire et de la température de flamme (en combustion à l’air mais pas nécessairement en oxycombustion) et enfin par des fumées plus humides. La disparition du carbone atomique dans l’oxyflamme d’hydrogène implique aussi la disparition de certaines réactions chimiques et des suies. Un changement de combustible du méthane à l’hydrogène va donc induire des effets en termes de structure de flammes, de transfert thermique, d’émissions polluantes et de rayonnement spontané. L’objectif de la thèse est d’étudier ces effets par une approche expérimentale sur une oxyflamme turbulente non-prémélangée coaxiale en caractérisant les conséquences d’une augmentation de la proportion d’hydrogène dans le combustible. Les conditions expérimentales reproduisent à l’échelle de laboratoire celles d’un four industriel et permettent des mesures non-intrusives dans la flamme grâce aux accès optiques. L’étude caractérise le rayonnement spontané d’une oxyflamme d’hydrogène et explore notamment ses propriétés de candoluminescence orangée. La structure des zones de réactions et la longueur de la flamme sont étudiées par imagerie de chimiluminescence sur les radicaux OH∗ et CH∗. Les interactions entre l’écoulement et la flamme sont étudiées par vélocimétrie par images de particules et fluorescence induite par laser sur le radical OH synchrones. Enfin, les conséquences de l’enrichissement en hydrogène sur le transfert thermique et les émissions d’oxydes d’azote sont mesurées. Ces résultats expérimentaux sont soutenus par des calculs numériques de thermocinétique et de transfert radiatif monodimensionnels. La méthodologie utilisée dans ces travaux avec des résultats expérimentaux et numériques permet de comprendre les principales modifications des caractéristiques de flammes lors de la transition du méthane vers l’hydrogène en oxycombustionThe decarbonation of high-temperature industrial combustion processes (to produce iron, glass, cement . . .) is considered using alternative fuels. Among them, hydrogen is considered. Compared to methane, hydrogen has a lower density and lower energy density for an equivalent volume. Its combustion is characterized by an increase of laminar flame speed, water vapor content in flue gases and flame temperature, this latter one more significant in air combustion than in oxycombustion. A progressive replacement of methane by hydrogen induces significant changes in flame structure and combustion features that need to be explored. The objective of this work is to study these effects by an experimental approach on acoaxial diffusion oxyflame, characterizing the consequences of increase of the hydrogen proportion in the (CH₄ − H₂) fuel blend up to pure hydrogen. This is done in a lab-scale facility reproducing industrial furnace operating conditions and allowing in-flame measurements thanks to modular optical accesses.The study characterize spontaneaous emissions from hydrogen oxyflame and particularly its orange candoluminescents properties. Reaction zones structure and flame length are studied with OH∗ and CH∗chemiluminesences. Interactions between flame and flow are studied with synchronized planar laser induced fluorescence and particles images velocimetry. Finally, consequences of hydrogen proportion increase on thermal transfer and nitrogen oxydes are mesured. These experimental results are sustained by monodimensionnal numerical thermokinetical and radiative transfer calculations. The applied methodology used in this work having experimental results, together with numerical calculations allowed to understand the significant modifications of flame characteristics when transitioning gaseous fuel from methane to hydrogen with pure oxygen oxidizers
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Laribe-Mourey, Sylvie. "La chaudière chimique à hydrogène : conception et mise en œuvre." Compiègne, 1991. http://www.theses.fr/1991COMPD408.
Full textAbstract:
Un nouveau système énergétique producteur d'hydrogène est présenté ici, son fonctionnement est basé sur un fluide réactif régénérable. Ce fluide contient une poudre d'aluminium atomisé en suspension dans l'eau. Le fluide peut être stocké pendant de longues périodes sans changement de propriétés. La production d'hydrogène est obtenue par réaction chimique de l'aluminium avec une solution d'hydroxyde de sodium à température ambiante. Les produits de la réaction peuvent être régénérés en aluminium. Un pilote de production d'hydrogène alimenté par ce fluide à base d'aluminium a pu être développé. L'hydrogène peut être utilisé dans toutes les applications ou les combustibles fossiles sont utilisés aujourd'hui : l'application choisie ici est une chaudière à usage domestique ou industriel. Le chauffage d'eau ou de locaux est obtenu grâce à un réacteur catalytique dans lequel l'hydrogène se combine avec l'oxygène de l'air en présence d'un catalyseur, la réaction est exothermique et sans flamme. Cette chaudière à hydrogène est sans danger (pas de transport ni de stockage d'hydrogène) et non polluante (pas d'émissions de NOx et CO2).
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Farjon, Philippe. "Développement et mise en œuvre de méthodes d’optimisation sur des chambres de combustion aéronautiques fonctionnant à l’hydrogène." Electronic Thesis or Diss., Toulouse, ISAE, 2024. http://www.theses.fr/2024ESAE0052.
Full textAbstract:
La nécessité de diminuer l'impact climatique de l'aviation pousse les avionneurs à réfléchir à de nouvelles technologies pour "décarboner" l'aviation. En ce qui concerne la propulsion, l'une des alternatives envisagées est de remplacer le kérosène par de l'hydrogène. Ce changement de carburant permettrait de ne pas produire de CO2 mais implique des modifications profondes au niveau des injecteurs de la chambre de combustion. Historiquement, les différentes technologies d'injections ont été développées par essais-erreurs. Ce processus de conception a permis des avancées majeures mais manque de généricité et ne garantit pas l'obtention d'un injecteur optimal. Aujourd'hui, profitant de l'augmentation des moyens numériques, il est possible d'envisager l'utilisation massive de la CFD couplée avec des techniques d'optimisation pour concevoir et développer les nouvelles générations de chambre de combustion fonctionnant à l'hydrogène. Dans ce travail de thèse, une nouvelle méthode de conception est proposée afin de concevoir des injecteurs H2-air. Dans un premier temps, il est nécessaire de commencer par trois étapes préliminaires. À partir d'une version de base de l'injecteur MICADO qu'on cherche à améliorer, différentes méthodologies CFD sont comparées à des simulations de référence pour trouver le meilleur compromis précision-temps de restitution. Cette comparaison nous mène à retenir une approche haute fidélité utilisant des simulations LES et une approche basse fidélité basée sur des simulations RANS. En parallèle, une chaîne de calcul automatique est conçue pour faciliter la mise en pratique de la méthode de conception. Ensuite, la dernière étape préliminaire consiste à vérifier l'applicabilité d'une stratégie multi-fidélité, stratégie ayant le potentiel de réduire le coût total de l'optimisation. À la suite de ces étapes préliminaires, plusieurs études d'optimisation à deux et quatre paramètres sont menées afin de déterminer l'algorithme d'optimisation le plus performant à iso-budget entre différentes méthodes d'optimisation bayésienne. Cette comparaison entre les différentes études montre les capacités et limites des algorithmes sélectionnés à identifier des injecteurs prometteursThe need to decrease the climate impact of aviation motivates aircraft manufacturers to find new technologies to decarbonize aviation. One of the possible solution concerning aircraft propulsion is to replace the use of kerosene by hydrogen. The combustion of hydrogen does not emit CO2 but it involves in-depth modifications of the injectors of the combustion chamber. Historically, injector design are based on a trial and error method. This approach was successful for legacy kerosene injectors but is fundamentally limited because it is both costly and tedious to explore all the given parameter space by hand. Nowadays, with the advances in computing science, CFD simulations can be considered massively in the combustor design process combined with the use of optimization techniques. In this thesis, we propose a new design method for the design of H2-air injectors. Firstly, it is necessary to begin with three preliminary steps. Starting from a baseline version of the MICADO injector that we want to improve, several CFD methodologies are compared to reference simulations in order to find the best trade-off accuracy/restitution time. This comparison leads us to retain a high fidelity approach based on LES simulations and a low fidelity approach based on RANS simulations. An automatic CFD workflow is developped simultaneously to ease the optimization studies. Then, the last preliminary step is to check the applicability of a multi-fidelity strategy, knowing that such a strategy can reduce the total cost of the optimization study. After these preliminary steps, several optimization studies of two and four dimensions are performed in order to determine the most efficient algorithm at a fixed budget between different Bayesian optimization methods. This comparison between the different studies shows the capabilities and the limits of the selected algorithms to identify promising injectors
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Ayoub, Mechline. "Etude de l’extension du régime de combustion sans flamme aux mélanges Méthane/Hydrogène et aux environnements à basse température." Thesis, Rouen, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAM0010/document.
Full textAbstract:
La combustion sans flamme est un régime de combustion massivement dilué associant forte efficacité énergétique et très faibles émissions polluantes dans les fours industriels. La composition du combustible et la température des parois de la chambre de combustion sont deux paramètres très influents de ce régime. Dans de précédents travaux menés au CORIA, l’étude du régime de combustion sans flamme des mélanges méthane-hydrogène à 18% d’excès d’air a mené à des résultats originaux et prometteurs. D’autre part, la haute température des parois s’est avérée un élément primordial pour la stabilisation de la combustion sans flamme. Dans le cadre du projet CANOE en collaboration avec GDF SUEZ et l’ADEME, cette thèse a pour objectif, d’une part de compléter l’étude de l’extension de ce régime à des mélanges méthane-hydrogène pour des conditions opératoires plus proches des conditions classiques de fonctionnement de brûleurs (10% d’excès d’air), et d’autre part, d'étudier les problèmes de stabilité de la combustion sans flamme en environnement à basse température pour envisager son application à des configurations de type chaudière industrielle.Sur le four pilote à hautes températures de parois du CORIA, l’ajout de l’hydrogène dans le combustible a permis de garder le régime de combustion sans flamme pour toutes les proportions méthane - hydrogène avec très peu d’émissions polluantes. Une augmentation de l’excès d’air est toutefois nécessaire pour certaines conditions opératoires. Les expériences réalisées avec abaissement progressif de la température des parois ont permis d’étudier l’influence de celle-ci sur le développement de la combustion sans flamme, et d’atteindre les limites de stabilité de ce régime. Des résultats similaires sont obtenus sur une installation semi-industrielle de GDF SUEZ. L’ajout d’hydrogène rend la combustion sans flamme moins sensible à l’abaissement de la température de parois. Une étude analytique de jets turbulents confinés a été développée pour représenter l'interaction entre les jets de réactifs et leur environnement dans la chambre de combustion permettant d'atteindre le régime de combustion sans flamme par entraînement, dilution et préchauffage. Ce modèle nous a permis d’établir une étude systématique permettant de mettre en valeur l’effet de chaque paramètre sur le développement des jets dans l’enceinte, et ainsi servir de moyen de pré-dimensionnement de brûleur à combustion sans flamme. L'apport de chaleur nécessaire à la stabilisation à basse température a ainsi été estimé. Sur cette base, un brûleur adapté aux configurations à parois froides a été dimensionné et fabriqué. L’applicabilité de la combustion sans flamme avec ce brûleur dans une chambre de combustion à parois froides, spécialement conçue et fabriquée dans cet objectif au cours de cette thèse, a été étudiée. Un régime de combustion diluée à basses températures a pu être stabilisé, mais le fort taux d'imbrûlés produits en sortie reste à réduireMild flameless combustion is a massively diluted combustion regime associating high energy efficiency and very low pollutant emissions from industrial furnaces. The fuel composition and walls temperature are two very influential parameters of this combustion regime. In previous works realized at CORIA, flameless combustion of methane - hydrogen mixtures at 18% of excess air has shown very promising results. In another hand, high walls temperature is an essential element for flameless combustion stabilization. Within the framework of the project CANOE in collaboration with GDF SUEZ and ADEME, the objective of this PhD thesis is to complete the study of flameless combustion for methane-hydrogen mixtures in operating conditions similar to classical operating conditions of burners (10% of excess air), and in another hand, to study the stability limits of this combustion regime in low temperature environment like in industrial boiler.Experiments realized on the CORIA high temperature pilot facility, have proved that hydrogen addition in the fuel keep flameless combustion regime stable for all methane - hydrogen proportions, with very ultra-low pollutant emissions. An increase of excess air is however necessary for some operating conditions.Experiments realized with wall temperature progressive decrease allowed to study the influence of this parameter on flameless combustion, and to reach its stability limits. Similar results are obtained on the semi-industrial facility of GDF SUEZ. With hydrogen addition, flameless combustion is less sensitive to wall temperature decrease. An analytical representation of confined turbulent jets has been then developed to represent interaction between the reactant jets and their environment in the combustion chamber allowing reaching fameless combustion regime by entrainment, dilution and preheating. The effect of each parameter on the development of the jets can be then studied, which can be used as convenient tool of flameless combustion burners design. The heat quantity necessary for the low wall temperature stabilization has been quantified. On this base, a burner adapted to the configurations with cold walls has been designed. The applicability of the flameless combustion with this burner has been studied in a combustion chamber with low wall temperature specially designed for this purpose during this thesis. A mild diluted combustion regime has been achieved, but the high levels of unburnt gases have to be reduced
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Malet, Fabrice. "Etude expérimentale et numérique de la propagation de flammes prémélangées turbulentes dans une atmosphère pauvre en hydrogène et humide." Orléans, 2005. http://www.theses.fr/2005ORLE2050.
Full textAbstract:
L'objet de la thèse est l'amélioration de l'évaluation du risque hydrogène dans les réacteurs nucléaires, dans le cas où les mélanges pauvres donnent lieu à des déflagrations accélérées. Dans ce but les propriétés explosives des mélanges hydrogène/air/diluant ont été étudiées avec deux dispositifs : (1) une bombe sphérique afin de déterminer les propriétés des flammes laminaires (vitesse fondamentale à étirement nul, énergie globale d'activation, nombre de Zeldovich, longueur de Markstein. . . ). (2) Une ENceinte d'ACCElération de Flamme (ENACCEF) hautement instrumentée et encombrée d'obstacles afin de d'observer l'accélération de flammes. Le premier dispositif a permis la validation d'un modèle de cinétique chimique et la formulation de la vitesse normale de combustion paramétrée des conditions initiales (composition, température, pression). L'étude des accélérations de flammes (jusqu'à 600m/s) en présence d'obstacles a mis en évidence les influences sur les profils de vitesse de flamme, du taux de blocage, de la forme des obstacles, de la composition du mélange réactif ainsi que de la présence de gradients de concentration. Enfin, une étude de simulation numérique portant sur des flammes laminaires et accélérées a permis d'améliorer le code de calcul TONUS en introduisant un suivi fin de la position de flamme. Les expériences en bombe sphérique ont été reproduites grâce à la mise au point d'une corrélation entre le taux numérique de combustion et la richesse. La modélisation a conduit à une meilleure compréhension des phénomènes d'accélération de flamme. La prise en compte, dans le code, des pertes thermiques a amélioré la simulation des expériences d'accélération de flamme.
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El, Ahmar Elise. "Combustion assistée par hydrogène et radicaux générés par plasmas non thermiques." Orléans, 2007. http://www.theses.fr/2007ORLE2030.
Full textAbstract:
La lutte contre la pollution produite par les véhicules automobiles a induit de nombreuses recherches orientées vers l’amélioration des techniques de combustion. Une nouvelle technologie basée sur le traitement plasma des gaz à l'admission semble pouvoir améliorer le fonctionnement des moteurs thermiques et diminuer la pollution. La technique consiste à enrichir en hydrogène (H2) le mélange air-méthane (CH4) avant son admission dans le moteur. L’objectif de ce travail a été la conception et la réalisation de deux réacteurs plasmas à décharges glissantes fonctionnant à la pression atmosphérique destinés à la production de gaz de synthèse (CO+H2). Une étude paramétrique (débit, puissance électrique et concentration initiale de CH4) a été menée sur les deux réacteurs afin de montrer leurs efficacités pour la conversion de CH4 et la production de H2. Une concentration maximale de H2 de 20% a été obtenue à la sortie du réacteur plasma. Les résultats expérimentaux ont été comparés à un modèle thermodynamique qui a permis de montrer que seulement 35 à 45% du gaz injecté est effectivement traité par la décharge. Des études cinétiques et physico-chimiques (couplage d’un modèle d’écoulement à un modèle cinétique) ont été menées pour une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu dans le plasma. Les essais sur le banc moteur ont montré une réduction des émissions des oxydes d’azote et des hydrocarbures imbrulés et une augmentation des émissions du monoxyde de carbone.
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Girault, Ivan. "Développements formels et numériques vers la simulation numérique directe avec particules résolues de la combustion d'hydrogène en lit fluidisé." Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024TLSEP083.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre du projet ANR MIMOSAH qui vise à caractériser la combustion d'hydrogène en lit fluidisé, en présence de particules partiellement inertes, avec prise en compte de réactions de surface. L'objectif est de modéliser la combustion en milieu particulaire de la micro à la macro-échelle, avec une double approche numérique et expérimentale. Cette thèse concerne l’approche numérique à l’échelle microscopique, et plus particulièrement le développement d'une stratégie numérique pour la simulation numérique directe de la combustion d’hydrogène en présence de particules complètement résolues. Le point de départ de ce travail est le code RESPECT, basé sur la résolution d'une formulation monofluide sur maillage Cartésien, doublée d'une méthode de pénalisation visqueuse pour traiter l'interaction fluide solide. Initialement, le code avait été validé uniquement dans un contexte incompressible et anisotherme, sans inclure de modèles pour les phénomènes de combustion gazeuse et de chimie de surface. Ce travail présente donc une série de développements formels puis numériques, en vue d'intégrer la description de ces phénomènes dans le code RESPECTThis thesis work was carried out as part of the ANR MIMOSAH project, which aims to characterize the combustion of hydrogen in a fluidized bed, in the presence of partially inert particles, taking into account surface reactions. The objective is to model combustion in a particulate environment from micro to macro scale, using a dual numerical and experimental approach. This thesis focuses on the numerical approach at the microscopic scale, particularly the development of a numerical strategy for the direct numerical simulation of hydrogen combustion in the presence of fully resolved particles. The starting point of this work is the RESPECT code, based on the resolution of a single-fluid formulation on Cartesian grids, coupled with a viscous penalization method to handle fluid-solid interaction. Initially, the code had only been validated in an incompressible and anisothermal context, without including models for gaseous combustion phenomena and surface chemistry. This work presents a series of formal and numerical developments aimed at integrating the description of these phenomena into the RESPECT code
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Cruz, Garcia Marta de la. "Contrôle actif de la combustion appliqué à la cogénération." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2005. http://www.theses.fr/2005ECAP0975.
Full textAbstract:
L'utilisation combinée de l'hydrogène avec des hydrocarbures s'avère aujourd'hui comme une solution possible pour la réduction des émissions polluantes ainsi que pour le contrôle des instabilités de combustion. Durant les travaux de cette thèse, un brûleur multi-combustible de géométrie cylindrique a été conçu, fabriqué et optimisé : une flamme de prémélange propane-air d'injection annulaire réagit sous l'action d'un jet central d'hydrogène. Ce jet permet l'injection multidirectionnelle de l'hydrogène : axiale, tournante ou la combinaison des deux. La flamme de prémélange propane-air présente deux types d'instabilités en fonction du débit d'air : à bas débits d'air nous avons observé un couplage thermo-acoustique identique avec le mode quart d'onde de la chambre de combustion ; à hauts débits d'air, l'instabilité paraît être une amplification du bruit du jet. L'effet de l'hydrogène varie alors en fonction du type d'instabilité de la flamme de prémélange. L'injection centrale d'hydrogène a un effet qui dépend du type d'instabilité du brûleur. L'instabilité des bas débits d'air est contrôlée par le swirl central d'hydrogène. En revanche, l'instabilité des hauts débits d'air est amplifiée avec l'injection d'hydrogène et atteint même des limites dangereuses si cette injection est tournante. Le contrôle est fait par la stabilisation de la flamme de prémélange sur le jet tournant d'hydrogèneHydrogen utilization in hydrocarbon flames can be a possible solution to reduce pollutant emissions and to control combustion instabilities. The present research is concerned with some of the issues raised by hydrogen injection and with the possibilities of the technique. A multi-fuel cylindrical burner has been designed and submitted to systematic investigations. The configuration is that of a premixed propane-air annular flame interacting with a central hydrogen jet. The jet permits a multidirectional injection of hydrogen. The hydrogen stream may be introduced in the axial direction, it may be given a finite level of swirl or it may be injected axially and swirled simultaneously. The premixed propane-air flame features two types of combustion instabilities depending on the air flow rate : for low air flow rates one observes a thermo-acoustic instability identified with the quarter wave mode of the combustion chamber. At high air flow rates the instability features a broadband spectral content and combustion appears to amplify the natural level of fluctuations occurring in the reactant jet. The effect of central hydrogen injection depends on the type of combustion instability of the burner. The quarter wave resonance of the combustion chamber instability appearing for low air flow rates can be controlled by a central hydrogen jet with swirl. On the other hand, at high air flow rates, the instability is enhanced by hydrogen injection and can even reach large amplitudes if the jet is swirled. As a result, for low air flow rates the swirl hydrogen injection is strong enough to lift the propane-air flame stabilized on the central injector
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Hok, Jean-Jacques. "Stratégie de modélisation pour la simulation aux grandes échelles d'explosions de mélanges hydrogène-air pauvres." Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024TLSEP065.
Full textAbstract:
La crise climatique à laquelle le monde est confronté aujourd'hui exige des actions immédiates pour réduire les émissions de carbone. En particulier, une transition énergétique rapide vers des sources plus propres est nécessaire. Parmi de nombreux candidats, l'hydrogène se distingue en tant que vecteur d'énergie décarboné. Cependant, son stockage et son transport en grandes quantités posent des problèmes de sécurité. Dans le cas d'une fuite accidentelle d'hydrogène, un mélange hautement inflammable peut se former. En cas d'allumage, différents scénarios et régimes de combustion sont possibles, en fonction de différents facteurs tels que la géométrie (dimensions, confinement, présence d'obstacles), la composition du mélange, la température, la pression ou le niveau de turbulence. Ces régimes vont de la déflagration lente à la transition vers la détonation dans le pire des cas. Pour prédire les dommages consécutifs à une explosion, la Mécanique des Fluides Numérique présente l'avantage d'être plus sûre que les expériences et de donner accès à des quantités difficiles ou impossibles à mesurer empiriquement. Cette thèse traite de la prédiction des explosions de mélanges d'hydrogène-air pauvres en utilisant l'approche de Simulation aux Grandes Échelles (SGE ou LES en anglais). Les mélanges pauvres d'H2-air sont caractérisés par leur nombre de Lewis subunitaire, qui traduit un déséquilibre entre les processus de diffusion moléculaire et thermique avec des conséquences majeures : (1) les flammes H2-air pauvres sont très sensibles à l'étirement ; (2) elles sont enclines à développer des cellules sur le front de flamme dues à l'instabilité thermo-diffusive. Les deux constituent des mécanismes d'accélération qui impactent la surpression générée lors de l'explosion. Dans ce travail, nous montrons que l'utilisation du modèle de Flamme Épaissie (TF en anglais) pour simuler les flammes à nombre de Lewis subunitaire : (1) induit une amplification de l'effet d'étirement sur la flamme ; (2) combinée à la faible résolution de maillage en LES, filtre les instabilités de front de flamme. Le couplage de ces mécanismes indésirables peut générer une propagation erronée de la flamme qui remet en question la capacité de prédiction de la LES pour les explosions de mélanges H2-air pauvres. Dans le cadre de cette thèse, une stratégie de modélisation est proposée afin de prédire de manière fiable et précise les explosions d'hydrogène-air pauvre. Un nouveau paradigme est envisagé pour corriger séparément l'amplification des effets d'étirement et modéliser les phénomènes de sous-maille dus à l'instabilité thermo-diffusive. Ces deux corrections sont d'abord développées sur des configurations canoniques, puis étendues et validées sur des configurations d'explosion plus réalistesThe climate crisis the world faces today calls for immediate actions to curb down carbon emissions. In particular, a rapid energy transition towards cleaner sources is necessary. Among many candidates, hydrogen stands out as a carbon-free energy vector. However, its storage and transport in big quantities raise safety concerns. Following a leakage, mixed with the surrounding air, this hydrogen can form a highly flammable mixture. In case of accidental ignition of this mixture, different combustion scenarios and regimes are possible, depending on factors such as geometry (dimensions, confinement, presence of obstacles), mixture composition, temperature, pressure or turbulence level. These regimes range from slow deflagration to the transition to detonation in the worst case. To predict the damage induced by an explosion, Computational Fluid Dynamics has the advantage of being safer than experiments and gives access to quantities hard or impossible to measure empirically. This thesis deals with the prediction of lean hydrogen-air explosions using Large-Eddy Simulation (LES). Lean H2-air mixtures are known for their distinctive sub-unity Lewis number, which characterises an unbalance between molecular and heat diffusion processes with major consequences: (1) lean H2-air flames are strongly sensitive to stretch; (2) they are prone to develop flame front cells due to the thermo-diffusive instability. Both constitute accelerating mechanisms which impact the overpressure generated during the explosion. In this work, we show that the Thickened Flame (TF) approach to simulate sub-unity Lewis number flames: (1) induces an amplification of stretch on the flame; (2) combined with the low grid resolution in LES, filters out flame front instabilities. The coupling of these undesired mechanisms can generate an erroneous flame propagation which questions the predictability of LES for lean H2-air explosions. In this thesis, a modelling strategy is proposed to reliably and accurately predict lean hydrogen-air explosions. A new paradigm is considered to separately correct the amplification of stretch effects and model subgrid phenomena due to the thermo-diffusive instability. These two corrections are first developed on canonical configurations and then extended and validated on more realistic explosion configurations
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Robinson, Alexander. "Development and testing of hydrogen fuelled combustion chambers for the possible use in an ultra micro gas turbine." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2012. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/209706.
Full textAbstract:
The growing need of mobile power sources with high energy density and the robustness to operate also in the harshest environmental surroundings lead to the idea of downscaling gas turbines to ì-scale. Classified as PowerMEMS devices, a couple of design attempts have emerged in the last decade. One of these attempts was the Belgian “PowerMEMS” design started back in 2003 and aiming towards a ì-scale gas turbine rated at 1 kW of electrical power output.This PhD thesis presents the scientific evaluation and development history of different combustion chamber designs based upon the “PowerMEMS” design parameters. With hydrogen as chosen fuel, the non-premixed diffusive “micromix” concept was selected as combustion principle. Originally designed for full scale gas turbine applications in two different variants, consequently the microcombustor development had to start with the downscaling of these two principles towards ì-scale. Both principles have the advantage to be inherently safe against flashback, due to the non-premixed concept, which is an important issue even in this small scale application when burning hydrogen. By means of water analogy and CFD simulations the hydrogen injection system and the chamber geometry could be validated and optimized. Besides the specific design topics that emerged during the downscaling process of the chosen combustion concepts, the general difficulties of microcombustor design like e.g. high power density, low Reynolds numbers, short residence time, and manufacturing restrictions had to be tackled as well.
As full scale experimental test campaigns are still mandatory in the field of combustion research, extensive experimental testing of the different prototypes was performed. All test campaigns were conducted with a newly designed test rig in a combustion lab modified for microcombustion investigations, allowing testing of miniaturized combustors according to full engine requirements with regard to mass flow, inlet temperature, and chamber pressure. The main results regarding efficiency, equivalence ratio, and combustion temperature were obtained by evaluating the measured exhaust gas composition. Together with the performed ignition and extinction trials, the evaluation and analysis of the obtained test results leads to a full characterization of each tested prototype and delivered vital information about the possible operating regime in a later UMGT application. In addition to the stability and efficiency characteristics, another critical parameter in combustor research, the NOx emissions, was investigated and analyzed for the different combustor prototypes.
As an advancement of the initial downscaled micromix prototypes, the following microcombustor prototype was not only a combustion demonstrator any more, but already aimed for easy module integration into the real UMGT. With a further optimized combustion efficiency, it also featured an innovative recuperative cooling of the chamber walls and thus allowing an cost effective all stainless steel design.
Finally, a statement about the pros and cons of the different micromix combustion concepts and their correspondent combustor designs towards a possible ì-scale application could be given.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur
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Bruet, Xavier. "Mécanismes de relaxation collisionnelle dans l'hydrogène et l'azote en mélange gazeux : application à la thermométrie optique dans les moteurs cryogéniques et les moteurs a combustion interne." Besançon, 2000. http://www.theses.fr/2000BESA2049.
Full textAbstract:
Ce travail s'inscrit dans le cadre des recherches sur le diagnostic de la température par spectroscopie DRASC dans un milieu en combustion. Pour cela, un maximum d'informations concernant le spectre de la molécule sonde (H2 ou N2) est nécessaire. Des calculs ab initio quantique et semi-classique de paramètres de raies en régime collisionnel sont comparés jusqu'à 500 K pour le système H2-H2. Le modèle semi-classique conduit à une surestimation des largeurs quantiques d'environ 20 %. Ces résultats procurent un bon accord qualitatif avec les mesures mais l'insuffisante précision du potentiel d'interaction utilisé ne permet pas un bon accord quantitatif. Le modèle de profil dit RTBT, qui rend compte des effets inhomogènes pour une molécule légère en présence d'un perturbateur lourd, est étendu aux mélanges ternaires et testé sur des systèmes simples, permettant alors de connaître la part d'inhomogénéité des collisions H2-He. Le modèle se montre capable de modéliser correctement les spectres d'un mélange ternaire dès lors que les paramètres collisionnels binaires sont connus sans ambigui͏̈té. . .
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Sabard, Jérémy. "Etude de l'explosion de mélanges diphasiques : hydrogène et poussières." Thesis, Orléans, 2013. http://www.theses.fr/2013ORLE2022.
Full textAbstract:
Cette étude s’inscrit dans le cadre de la sûreté de l’installation ITER. En effet, des études d’accidentologie concernant cette installation ont permis de mettre à jour un risque d’explosion de mélanges à base d’hydrogène et de poussières. L’objectif de la thèse est d’acquérir les données fondamentales caractérisant l’explosion de ces mélanges diphasiques permettant ainsi d’évaluer les pressions générées par une éventuelle explosion des poussières qu’elle soit concomitante on non à celle de l’hydrogène. Pour se faire, des expériences, en bombe sphérique, ont été réalisées concernant des mélanges gazeux hydrogène - oxygène - azote. Les expériences ont été accomplies pour des températures de 303 et 343 K et des pressions de 50 et 100 kPa pour différentes concentrations en hydrogène et différents rapports N2/O2 dans le mélange. Les paramètres de caractérisation de l’explosion de ces mélanges ont été déterminés tels que la pression maximale de combustion (PMAX), l’indice de déflagration (KG ou KST), le temps de combustion (tC), la vitesse fondamentale de flamme (SL°) et la longueur de Markstein (LB). Une modélisation cinétique de la vitesse de flamme utilisant le code COSILAB a été réalisée, permettant de déduire la vitesse fondamentale de flamme sur la base de trois mécanismes cinétiques détaillés de la littérature. Celle-ci a permis l’évaluation de l’énergie d’activation globale sur la base du modèle cinétique présentant le meilleur accord avec l’expérience. De plus des calculs thermodynamiques à l’équilibre ont été réalisés afin de comparer les pressions maximales de combustion aux valeurs théoriques. Pour les mélanges diphasiques, un nouveau système d’introduction des poussières a été mis en place et des expériences caractérisant les paramètres d’explosion de ces mélanges ont été réalisées dans la bombe sphérique. Celles-ci ont permis de mettre en exergue le fait qu’une explosion de poussières, sous certaines conditions peut-être concomitante à une explosion d’hydrogèneThe context of the study is the safety of the ITER installation. Indeed, studies have shown that it exists a risk for two-phase mixtures of hydrogen and dust can explode and create a safety risk for the ITER installation. This aims to obtain the fundamental data which characterize the explosion of these mixtures and to evaluate the pressure loads they can generate. To do so, experiments in spherical bomb have been carried out for hydrogen - oxygen - nitrogen mixtures at two initial temperatures (303 and 343 K) and pressures (50 and 100 kPa) for different hydrogen concentrations and different N2/O2 ratios. Explosion parameters like maximum combustion pressures (PMAX), deflagration indexes (KG or KST), combustion times (tC), fundamental flame speeds (SL°) and Markstein lengths have been determined. A kinetic modelling of the flame speed, using the COSILAB software was performed based on three detailed kinetic models available in the literature and allowed the calculation of the global activation energy on the basis of the kinetic model which showed the best agreement with the experimental data. Moreover equilibrium calculations were achieved to compare PMAX to the theoretical values. For two-phase mixtures, a new introduction device was tested and set up and experiments characterizing the explosions parameters of the two-phase mixtures have been performed in the spherical bomb. They were able to stress out the fact that, under some circumstances, dust explosion can be concomitant to a hydrogen explosion
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Bénard, Pierre. "Analyse et amélioration d'une chambre de combustion centimétrique par simulations aux grandes échelles." Thesis, Rouen, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAM0018/document.
Full textAbstract:
Réaliser un système de combustion à petite échelle reste aujourd’hui un défi. L’augmentation du rapport surface/volume favorise les pertes thermiques, contribue à la diminution du temps de séjour et limite la turbulence. Le premier objectif de cette thèse est de comprendre les phénomènes physiques intervenant dans un brûleur centimétrique tourbillonnaire de 8 x10 x 8 mm3 (millimètre cube) et mettre au point des outils numériques adaptés. L’écoulement réactif méthane/air est étudié au moyen de simulations numériques LES. La combustion ne consomme pas l’intégralité du carburant, entraînant un rendement de combustion de l’ordre de 50% et d’importantes émissions de polluants. Le deuxième objectif est d’adapter les performances de ce brûleur. L’enrichissement en hydrogène a montré une amélioration sensible du rendement et une réduction des émissions polluantes. Plusieurs configurations géométriques de la chambre ont aussi été étudiées, ce qui a permis de dégager des axes d’améliorationsDesigning a meso-scale combustion system remains a challenging scientific and technological issue. Increasing the surface-to-volume ratio promotes wall heat losses, reduces the residence time and turbulence intensity. The main objective of this thesis is to understand the physical phenomena involved in the centimetre-sized asymmetric whirl cubic burner of 8 x 10 x 8 mm3 (millimètre cube) and develop specific adapted numerical tools. The methane/air reactive flow is studied using detailed LES. While fuel and air are injected separately, combustion takes place in the premixed regime. However combustion is far from being complete, causing low combustion efficiency and significant emissions of pollutants. The second objective is to adapt in the best possible way the performances of this burner. Hydrogen enrichment of the fuel mixture showed significant efficiency enhancement and reduced pollutant emissions. Several other combustor geometries are also studied, paving the way for future improvement
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Faix-Gantier, Aurélie. "Phénoménologie et calculs numériques de la propagation d'une flamme prémélangée hydrogène-air pauvre dans un milieu turbulent." Poitiers, 2001. http://www.theses.fr/2001POIT2327.
Full textAbstract:
Ce travail de doctorat a pour objet l'étude de la propagation d'une zone de combustion dans un milieu turbulent constitué d'un mélange pauvre hydrogène-air. Le but est de préciser les caractéristiques d'une telle propagation ainsi que les modèles de combustion et de turbulence nécessaires à l'étude numérique de celle-ci, compte-tenu des spécificités introduites par la nature des mélanges combustibles et les caractéristiques du confinement dans lequel s'effectue la propagation. Le champ d'application d'une telle étude est la prévention des accidents et la maîtrise du risque hydrogène dans les enceintes de réacteurs nucléairesThis thesis concerns the study of flame propagation in a turbulent flow of lean hydrogen-air mixtures. The aim is to precise the characteristics of propagation as well as combustion and turbulence models able to take into account the pecularities of these mixtures. This research work is related to the prevention of firehazards associated with accidental release of hydrogen within the reactor of a nuclear power plant. In a first part, the scales (the flame velocity and thickness) associated with the laminar flame propagation in hydrogen-air mixtures are studied. A specific attention is devoted to the intrinsic instability properties of such flames. Then, the turbulence scales potentially present within a reactor are estimated in order to allow for the determination of the regimes of combustion that might be present within the reactor and among which the flamelet regime appears to be conceivable. In a second part, starting with the analysis of the propagation properties of a mean reaction zone calculated with a flamelet model, we show that, with an adequate tuning of the parameter appearing in the mean reaction rate expression, it is possible to predict numerically the turbulent flame speeds available with the litterature
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Rottier, Christiane. "Etude expérimentale de l'influence des mélanges gazeux sur la combustion sans flamme." Phd thesis, INSA de Rouen, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00557903.
Full textAbstract:
Une étude expérimentale de l'influence des mélanges gazeux sur le régime de combustion sans flamme a été menée sur l'installation pilote du CORIA, en collaboration avec GDF SUEZ. La première partie de cette étude a été consacrée à la caractérisation détaillée de ce régime de combustion particulier au méthane pur avec et sans préchauffage de l'air comburant. Des mesures locales de température et concentrations d'espèces stables ont été réalisées à l'aide de thermocouples à fil fin et sonde de prélèvement. Une attention particulière a aussi été portée au développement et l'adaptation de techniques d'imagerie sur ce type de four : l'imagerie de chimiluminescence OH* pour la visualisation des zones de réaction et la PIV endoscopique afin d'obtenir des champs de vitesse de grandes dimensions malgré le fort confinement à haute température. L'analyse des résultats obtenus a permis de mettre en évidence le rôle principal de l'aérodynamique des jets turbulents de réactifs dans le four assurant l'obtention et la stabilisation de ce régime de combustion massivement diluée. Dans la seconde partie de cette étude, la faisabilité de l'utilisation d'hydrogène dans un four pilote fonctionnant en régime de combustion sans flamme a été démontrée. On retrouve toutes les caractéristiques intrinsèques à ce régime de combustion en termes de forte efficacité énergétique (lors du préchauffage de l'air) et très faibles émissions polluantes (CO et NOx) de ce régime massivement dilué, associé à la réduction des émissions de CO2 avec l'augmentation de la teneur en hydrogène dans le combustible. En fonctionnement à l'hydrogène pur et sans préchauffage de l?air, le four n?émet plus aucune espèce carbonée et quasiment pas de NOx ; on se rapproche d'un four à "zéro émission".
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Verreault, Jimmy. "Design of a Shock-Induced Combustion Experiment in an Axisymmetric Configuration with Hydrogen Injection." Thesis, Université Laval, 2007. http://www.theses.ulaval.ca/2007/24967/24967.pdf.
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Rocha, Pimentel Carlos Alberto. "Etude numérique de la transition entre une onde de choc oblique stabilisée par un dièdre et une onde de détonation oblique." Poitiers, 2000. http://www.theses.fr/2000POIT2292.
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Gauthier, Ségolène. "Contribution à l'étude de la combustion de mélanges gaz naturel-hydrogène en milieu poreux catalytique." Lyon, INSA, 2008. http://www.theses.fr/2008ISAL0050.
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Dans le contexte actuel des problèmes environnementaux et de la disponibilité limitée des ressources fossiles, il est nécessaire de développer des brûleurs performants et peu polluants, et d’utiliser des sources d’énergie non fossiles. Cette étude porte sur la combustion de mélanges gaz naturel/hydrogène en milieu poreux catalytiques. En effet, les brûleurs radiants poreux permettent d’obtenir une efficacité élevée et de faibles émissions de polluants. Le comportement de ces brûleurs est cependant complexe et peut être fortement modifié par l’introduction d’hydrogène. L’objectif de cette thèse est dans un premier temps d’étudier le comportement d’un brûleur radiant poreux constitué d’un support poreux de type mousse catalysé ou non et de comprendre les phénomènes en jeu, pour ensuite étudier l’influence de la structure et de la nature du milieu poreux et pouvoir ainsi optimiser le brûleur. Des tests expérimentaux sur quatre mousses différentes (deux mousses métalliques et deux mousses céramiques) et pour des mélanges combustibles contenant de 100% vol. De gaz naturel à 100% vol. D’hydrogène ont été effectués. Ils ont permis de définir les zones de fonctionnement pour chaque support. L’ajout d’hydrogène réduit la zone de fonctionnement du brûleur jusqu’à une disparition complète du mode radiant au-delà de 80% vol d’hydrogène. Un modèle numérique a été développé. Il permet de représenter les zones de fonctionnement obtenues expérimentalement et reproduit l’évolution des émissions de polluants en fonction de la richesse, de la puissance spécifique et de la quantité d’hydrogène. Les phénomènes prenant place au sein du brûleur sont fortement couplés. Ils conditionnent la position du front de combustion et ainsi les performances du brûleur. La diminution de la conductivité thermique, du transfert de chaleur entre la phase gaz et la phase solide et du coefficient d’absorption permettent à la fois de réduire les émissions de CO et de NO et d’augmenter le flux radiatif. Leur variation est cependant limitée par une réduction de la résistance du brûleur à la remontée de la zone de combustion vers l’entréeIn the present context of environmental problems and the limited disponibility of fossils ressources, we need to develop burners with high efficiency and low pollutants emissions, and to use non-fossils ressources. This study deals with the combustion of natural gas/hydrogen mixtures in catalytic porous media. Indeed, porous radiant burners can show high efficiency and low pollutants emissions. Their behavior is however complex and can be highly affected by the use of hydrogen. The objective of this thesis is to study the behavior of a porous radiant burner made of a foam, catalysed or not, and to understand the physical phenomenas. Then, the influence of the structure and the nature of the porous media is studied in order to optimise the burner. Experimental tests on four different foams and for mixtures containing 100% vol. Of natural gas to 100% vol. Of hydrogen have been made. The working zones for each support have been identified. The use of hydrogen reduces the working zone of the burner. A numerical model has been developped. It can reproduce the experimental working diagrams and reproduces the evolution of the pollutants emissions with the equivalence ratio, the specific power and the quantity of hydrogen. The phenomenas in the burner are highly coupled. They affect the position of the combustion zone and then the efficiency of the burner. The decrease of the thermal conductivity, the heat transfer between the gas phase and the solid phase and the absorption coefficient induce a decrease of the pollutants emissions as well as an increase of the radiative flux. Their change is however limited by a decrease of the ability of the burner to prevent a flashback
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Ferrières, Solène de. "Combustion de mélanges gaz naturel/hydrogène dans des flammes laminaires prémélangées : étude expérimentale et modélisation." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10109/document.
Full textAbstract:
Cette- étude a pour but de valoriser la combustion de mélanges gaz naturel/hydrogène, combustible alternatif qui permettrait de réduire les émissions polluantes. L'objectif est d'acquérir des données cinétiques détaillées (température, concentrations d'espèces chimiques) sur la combustion de différents mélanges gaz naturel/hydrogène dans des flammes. L'influence de la quantité d'hydrogène, de la richesse et de la pression sur la cinétique chimique de combustion du gaz naturel a été examinée. Dix-huit flammes laminaires prémélangées CH4/C2H6/C3H8/H2/O2/N2 opérant à basse pression (0,079 atm) et à pression atmosphérique ont été étudiées. Les profils d'évolution des espèces moléculaires sont obtenus après prélèvement par microsonde et analyse par chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse couplée à la spectroscopie d'absorption infrarouge. Les profils de température sont mesurés par thermocouple recouvert. Cette base de données expérimentales a été utilisée pour développer le mécanisme chimique GDF-Kin® qui comporte 192 espèces impliquées dans 1287 réactions dont la plupart sont réversibles. Le mécanisme prédit de façon satisfaisante les profils de fraction molaire des espèces hydrocarbonées analysées, l'effet de l'hydrogène sur la cinétique d'oxydation du gaz naturel ainsi qu'un grand nombre de données globales et détaillées de la littérature (délais d'auto-inflammation, vitesses de flamme ... ). L'effet de 1 'hydrogène dépend fortement de sa quantité initiale et de la richesse, mais peu de la pression. L'hydrogène modifie les voies réactionnelles principales d'oxydation du gaz naturel, en particulier les réactions de métathèse par les atomes d'hydrogèneThis study aims to promote the combustion of natural gas/hydrogen mixtures, an alternative fuel promising to reduce pollutants emission. The goal is to obtain detailed kinetic data (temperature, chemical species concentrations) on the combustion of natural gas/hydrogen blends in flames. The influence of hydrogen proportion, equivalence ratio and pressure on the natural gas combustion kinetics has been investigated. Eighteen laminar premixed CH4/C2H6/C3H8/H2/O2/N2 flames operating at low pressure (0.079 atm) and at atmospheric pressure have been studied. Evolution profiles of molecular species are obtained after microprobe sampling and analysis by gas chromatography and mass spectrometry coupled with infrared spectroscopy. Temperature profiles are measured with a coated thermocouple. This experimental database is used to develop a chemical mechanism GDF-Kin® which includes 192 species involved in 1287 reactions, most of them being reversible. The mechanism predicts with a good accuracy mole fraction profiles of hydrocarbons species analysed, the effect of hydrogen on the kinetic of gas natural oxidation as well as a large number of global and detailed data from literature (ignition delays, flame burning velocity ... ). The effect of hydrogen depends strongly on its initial concentration and on equivalence ratio but not much on pressure. Hydrogen affects main reaction paths of natura! gas oxidation, particularly abstraction reaction by hydrogen atoms
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Ferrières, Solène de. "Combustion de mélanges gaz naturel/hydrogène dans des flammes laminaires prémélangées : étude expérimentale et modélisation." Electronic Thesis or Diss., Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10109.
Full textAbstract:
Cette- étude a pour but de valoriser la combustion de mélanges gaz naturel/hydrogène, combustible alternatif qui permettrait de réduire les émissions polluantes. L'objectif est d'acquérir des données cinétiques détaillées (température, concentrations d'espèces chimiques) sur la combustion de différents mélanges gaz naturel/hydrogène dans des flammes. L'influence de la quantité d'hydrogène, de la richesse et de la pression sur la cinétique chimique de combustion du gaz naturel a été examinée. Dix-huit flammes laminaires prémélangées CH4/C2H6/C3H8/H2/O2/N2 opérant à basse pression (0,079 atm) et à pression atmosphérique ont été étudiées. Les profils d'évolution des espèces moléculaires sont obtenus après prélèvement par microsonde et analyse par chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse couplée à la spectroscopie d'absorption infrarouge. Les profils de température sont mesurés par thermocouple recouvert. Cette base de données expérimentales a été utilisée pour développer le mécanisme chimique GDF-Kin® qui comporte 192 espèces impliquées dans 1287 réactions dont la plupart sont réversibles. Le mécanisme prédit de façon satisfaisante les profils de fraction molaire des espèces hydrocarbonées analysées, l'effet de l'hydrogène sur la cinétique d'oxydation du gaz naturel ainsi qu'un grand nombre de données globales et détaillées de la littérature (délais d'auto-inflammation, vitesses de flamme ... ). L'effet de 1 'hydrogène dépend fortement de sa quantité initiale et de la richesse, mais peu de la pression. L'hydrogène modifie les voies réactionnelles principales d'oxydation du gaz naturel, en particulier les réactions de métathèse par les atomes d'hydrogèneThis study aims to promote the combustion of natural gas/hydrogen mixtures, an alternative fuel promising to reduce pollutants emission. The goal is to obtain detailed kinetic data (temperature, chemical species concentrations) on the combustion of natural gas/hydrogen blends in flames. The influence of hydrogen proportion, equivalence ratio and pressure on the natural gas combustion kinetics has been investigated. Eighteen laminar premixed CH4/C2H6/C3H8/H2/O2/N2 flames operating at low pressure (0.079 atm) and at atmospheric pressure have been studied. Evolution profiles of molecular species are obtained after microprobe sampling and analysis by gas chromatography and mass spectrometry coupled with infrared spectroscopy. Temperature profiles are measured with a coated thermocouple. This experimental database is used to develop a chemical mechanism GDF-Kin® which includes 192 species involved in 1287 reactions, most of them being reversible. The mechanism predicts with a good accuracy mole fraction profiles of hydrocarbons species analysed, the effect of hydrogen on the kinetic of gas natural oxidation as well as a large number of global and detailed data from literature (ignition delays, flame burning velocity ... ). The effect of hydrogen depends strongly on its initial concentration and on equivalence ratio but not much on pressure. Hydrogen affects main reaction paths of natura! gas oxidation, particularly abstraction reaction by hydrogen atoms
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Borner, Sebastian. "Optimization and testing of a low NOx hydrogen fuelled gas turbine." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2013. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/209471.
Full textAbstract:
A lot of research effort is spent worldwide in order to reduce the environmental impact of the transportation and power generation sector. To minimize the environmental pollution the role of hydrogen fuelled gas turbines is intensively discussed in several research scenarios, like the IGCC-technology or the application of hydrogen as large scale storage for renewable energy sources. The adaptation of the applied gas turbine combustion chamber technology and control technology is mandatory for a stable and secure low NOx operation of a hydrogen fuelled gas turbine.The micromix combustion principle was invented at Aachen University of Applied Sciences and achieves a significant reduction of the NOx-emissions by the application of multi miniaturized diffusion-type flamelets. Based on the research experiences, gained during the two European hydrogen research programs EQHHPP and Cryoplane at Aachen University of Applied Sciences, the intention of this thesis was to continue the scientific research work on low NOx hydrogen fuelled gas turbines. This included the experimental characterization of the micromix combustion principle, the design of an improved combustion chamber, based on the micromix combustion principle, for industrial gas turbine applications and the improvement of the gas turbine’s control and metering technology.
The experimental characterization of the micromix combustion principle investigated the impact of several key parameters, which influence the formation of the NOx-emissions, and allows therefore the definition of boundary conditions and design laws, in which a low NOx operation of the micromix combustion principle is practicable. In addition the ability of the micromix combustion principle to operate at elevated energy densities up to 15 MW/(m2bar) was successfully demonstrated. The improved combustion chamber design concept includes the experiences gained during the experimental characterization and covers the industrial needs regarding scalability and manufacturability.
The optimization and testing is done with an Auxiliary Power Unit GTCP 36-300. The original kerosene fuelled gas turbine was modified for the hydrogen application. Therefore several hardware and software modifications were realized. The improved gas turbine’s control and metering technology enables stable and comparable operational characteristics as in kerosene reference. An improved hydrogen metering unit, which is controlled by the industrial Versatile Engine Control Box, was successfully implemented.
The combination of the micromix combustion technology and of the optimized control and metering technology allows a stable, secure and low NOx hydrogen fuelled gas turbine operation.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur
info:eu-repo/semantics/nonPublished
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Bélanger, Desbiens Alexandre. "Développement d’un système d’actionnement utilisant la combustion d’une source d’énergie chimique pour la robotique mobile." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2016. http://hdl.handle.net/11143/8841.
Full textAbstract:
Les systèmes d’actionnement couramment utilisés sur les systèmes de robotiques mobiles tels que les exosquelettes ou les robots marcheurs sont majoritairement électriques. Les batteries couplées à des moteurs électriques souffrent toutefois d’une faible densité de stockage énergétique et une faible densité de puissance, ce qui limite l’autonomie de ces dispositifs pour une masse de système donnée.
Une étude comparative des systèmes d’actionnement potentiels a permis de déterminer que l’utilisation d’une source d’énergie chimique permettait d’obtenir une densité de stockage énergétique supérieure aux batteries. De plus, il a été déterminé que l’utilisation de la combustion directement dans un actionneur pneumatique souple permettrait d’obtenir une densité de puissance beaucoup plus élevée que celle des moteurs électriques.
La conception, la fabrication et la caractérisation de plusieurs types d’actionneurs pneumatiques pressurisés directement par la combustion d’une source d’énergie chimique ont permis d’évaluer la faisabilité de l’approche, dans un contexte de robotique mobile, plus précisément pour des tâches de locomotion. Les paramètres permettant d’obtenir une efficacité énergétique élevée ont été étudiés. Il a été démontré que le ratio de compression et le ratio d’expansion doivent être optimisés. De plus, comme les pertes thermiques sont le mécanisme de perte dominant, le ratio d’équivalence devrait être réduit au minimum. Parmi les carburants usuels, l’hydrogène permet d’atteindre les valeurs de ratio d’équivalence les plus faibles, ce qui en fait un choix de carburant idéal.
Les résultats expérimentaux ont été utilisés pour corréler un modèle analytique d’un actionneur pneumatique à combustion. Ce modèle analytique est par la suite utilisé pour vérifier la faisabilité théorique de l’utilisation de l’approche d’actionnement pour fournir la puissance à un dispositif d’assistance à la locomotion.
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Milanovic, Mirjana. "Contribution à l’étude de la réaction sodium-eau : application à la télédétection de l’hydrogène." Thesis, Paris 10, 2020. http://www.theses.fr/2020PA100078.
Full textAbstract:
Le fil conducteur de ce travail a porté sur les problèmes de sécurité des installations énergétiques qu’elles soient nucléaires comme la filière neutrons rapides qui utilise le sodium comme fluide caloporteur ou pour l’hydrogène comme moyen de stockage des énergies renouvelables. On s’est d’abord intéressé dans le cadre d’une étude expérimentale et de modélisation entreprise avec le CEA Cadarache à comprendre le mécanisme mal connu de la réaction sodium-eau à partir de la détermination des champs de température et de concentration dans l’immersion dans un volume d’eau d’une boule de sodium. Les gaz dégagés sont la vapeur d’eau, la vapeur de sodium, l’hydrogène et le radical OH° .Nous avons montré que la cinétique de réaction caractérisée par un temps assez long de latence que nous avons modélisé, progresse comme la pression de vapeur du sodium solide puis liquide jusqu’à atteindre 250°C où se produit une désagrégation puis l’explosion qui est peut-être du type de Coulomb. La température des effluents plafonne alors à 1400°C. Dans une deuxième partie nous avons utilisé les développements que nous avions faits précédemment à la télédétection par effet Raman de l’hydrogène. La télédétection de ce gaz inodore et incolore est une des conditions au développement de l’hydrogène « combustible du futur ». Avec le laser picoseconde utilisé, et bien que l’effet Raman soit particulièrement faible, nous pouvons déterminer la concentration d’une fuite et aussi ce qui est original la température d’une flamme à des distances atteignant la centaine de mètresThe common thread of this work has been the safety problems of energy installations, whether they are nuclear, such as the fast neutron channel that uses sodium as a heat transfer fluid, or for hydrogen as a storage medium for renewable energies. An experimental and modelling study undertaken with CEA Cadarache first focused on understanding the poorly understood mechanism of the sodium-water reaction based on the determination of temperature and concentration fields in the immersion of a sodium ball in a volume of water. We have shown that the reaction kinetics characterized by a fairly long latency time, which we have modeled, progresses like the vapour pressure of solid and then liquid sodium until it reaches 250°C, where disintegration occurs and then the explosion, which may be of the Coulomb type. The temperature of the effluent then peaks at 1400°C. In a second part we used the developments we had previously made in the remote sensing of hydrogen by the Raman effect. The remote detection of this odorless and colorless gas is one of the conditions for the development of hydrogen, the "fuel of the future". With the picosecond laser used, and although the Raman effect is particularly weak, we can determine the concentration of a leak and also what is original the temperature of a flame at distances up to a hundred meters
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Bellenoue, Marc. "Etude expérimentale de la combustion initiée par effet catalytique d'un mélange hydrogène-air en écoulement supersonique." Poitiers, 1997. http://www.theses.fr/1997POIT2251.
Full textAbstract:
Le statoreacteur a combustion en flux supersonique est l'un des propulseur aerobie envisages pour les vehicules hypersoniques (m > 5). Lors de la transition du regime d'ecoulement subsonique au regime supersonique dans la chambre de combustion, les conditions a l'entree de celle-ci n'autorisent pas l'inflammation spontanee du carburant (hydrogene). Le but des travaux presentes dans ce memoire est, d'une part, la mise au point d'un procede d'initiation de la combustion lors de cette transition, d'autre part, l'etude du developpement de la combustion d'un premelange d'hydrogene et d'air. Une soufflerie supersonique a haute temperature generatrice a ete realisee a cette fin. Un modele numerique monodimensionnel a ete elabore afin de deduire, des repartitions de pressions parietales, le rendement de combustion. L'installation d'une plaque catalytique de platine pur en paroi a permis d'etudier l'initiation et le developpement de la combustion pour des richesses de 0,13 a 0,21. Un tel catalyseur a ete choisi afin de pallier au phenomene de frittage qui se produit a haute temperature. L'etude de deux longueurs de plaques catalytiques a montre le role essentiel de ce parametre sur le processus d'allumage. En outre, l'importance des pertes de chaleurs aux parois a egalement ete mise en evidence. Ce travail a ete complete par la definition d'un dispositif passif aerodynamique d'amelioration des taux de melange des couches cisaillees supersoniques ; son principe consiste a generer des tourbillons dont l'axe est parallele a la direction principale des ecoulements. L'influence de l'incidence des generateurs de tourbillons a ete examinee. Le dispositif a ensuite ete adapte au cas reactif afin d'accroitre le rendement de la combustion. Il s'est avere tres efficace puisque, pour des richesses superieures a 0,19, l'emballement de la combustion a ete observe
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Scarpa, Roberta. "Mécanisme d’accélération d’une flamme de prémélange hydrogène/air et effets sur les structures." Thesis, Orléans, 2017. http://www.theses.fr/2017ORLE2046/document.
Full textAbstract:
Le risque d’explosion des mélanges H2/air revêt toujours une importance cruciale pour la gestion des accidents graves dans les centrales nucléaires. Des critères expérimentaux ont été proposés dans les années 2000 par Dorofeev et al. afin de déterminer les conditions nécessaires à l’accélération de flamme et à la TDD. Ce travail de thèse a l’objectif de mieux comprendre les mécanismes d’accélération des flammes de prémélange H2/air et de fournir une solide base de données expérimentales pour la validation des codes utilisés pour les études de sûreté. Les expériences ont été menées dans un tube muni d’obstacles (taux de blocage entre 0.3 et 0.6) avec un diamètre interne de 12 cm et une longueur d’environ 5 m. Les effets de la pression initiale et de la dilution en azote sur des mélanges pauvres en H2 ont été étudiés. Les résultats montrent que la pression favorise l’accélération seulement pour les mélanges les plus réactifs et que la surpression induite par la combustion est directement proportionnelle à la pression initiale. Les interactions flamme-choc ainsi que les instabilités thermo-diffusives jouent un rôle important sur la propagation de flamme. Une nouvelle technique a été développée dans le but d’obtenir une représentation plus fine du profil de vitesse de flamme. Des mesures d’absorption IR résolues dans le temps ont été effectuées en dopant le mélange avec un alcane. Le profil de vitesse a été obtenu en mesurant la variation d’extension du gaz frais pendant l’avancement de la flamme. Enfin, des analyses préliminaires ont été menées pour la conception d’un nouveau dispositif expérimental pour l’étude des effets de la combustion sur des structures en acier inoxFlame acceleration and explosion of hydrogen/air mixtures remain key issues for severe accident management in nuclear power plants. Empirical criteria were developed in the early 2000s by Dorofeev and colleagues providing effective tools to discern possible FA or DDT scenarios. The objectives of the present work are to better understand the mechanisms of acceleration for premixed H2/air flames and to provide a solid base of experimental data for the validation of the codes used for safety analyses. The experiments were performed in an obstacles-laden tube (blockage ratio between 0.3 and 0.6) with 120 mm internal diameter and about 5 m length. The effects of the initial pressure and the nitrogen dilution on lean H2 mixtures have been studied. The results show that pressure promote flame acceleration only for highly reactive mixtures. Moreover, the overpressure induced by the combustion is directly proportional to the initial pressure. Besides, flame-shock interactions and thermo-diffusive instabilities play an important role in flame acceleration. A new technique to track the flame position along the tube has been developed in order to obtain a finer representation of the flame velocity profile. The method consists in performing time-resolved IR absorption measurements by doping the mixture with an alkane. The velocity profile is then derivedby measuring the variation of the extension in depth of the unburnt gas along the tube axis. Finally, analyses on the effects of combustion generated loads on stainless steel structures were performed in order to provide preliminary results for the design of a new experimental device
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Villenave, Nicolas. "Étude expérimentale des propriétés fondamentales de la combustion de l'hydrogène pour des applications de propulsion." Electronic Thesis or Diss., Orléans, 2025. http://www.theses.fr/2025ORLE1001.
Full textAbstract:
En vue d'atteindre la neutralité carbone d'ici 2050, l’Union européenne envisage l'hydrogène comme un vecteur énergétique prometteur afin de réduire la consommation des ressources fossiles. Alors que les piles à combustible et les véhicules électriques occupent déjà une place importante dans la décarbonation du secteur des transports, l'hydrogène est également considéré comme une alternative aux carburants conventionnels pour les véhicules lourds. Toutefois, de nombreux obstacles liés aux propriétés physico-chimiques ainsi qu’à la combustion pauvre en hydrogène sont encore à l’étude : apparition de phénomènes de combustion anormale, production d'oxydes d'azote, instabilités dues aux effets thermodiffusifs. Cette thèse contribue à la compréhension du processus d’auto-inflammation des mélanges pauvres hydrogène/air ainsi qu’au phénomène de propagation des flammes prémélangées laminaires et turbulentes. Dans une première partie, des mesures de délais d’auto-inflammation hydrogène/air et hydrogène/air/oxydes d’azote sont réalisées à l’aide d’une machine à compression rapide afin de revisiter et valider un mécanisme cinétique dans des conditions similaires à celles rencontrées dans un moteur à allumage commandé. Dans une deuxième partie, des flammes laminaires prémélangées en expansion sont étudiées au sein d’une chambre de combustion sphérique à volume constant, en faisant varier la température initiale ainsi que la dilution à la vapeur d’eau et en considérant les instabilités intrinsèques liées aux propriétés physico-chimiques de l’hydrogène : instabilités thermodiffusives, hydrodynamiques et liées à la pesanteur. Dans une dernière partie,des flammes turbulentes prémélangées en expansion sont caractérisées par génération d’une turbulence homogène et isotrope au sein d’une chambre sphérique. Une étude paramétrique est réalisée par rapport à un cas de référence en faisant varier l’intensité turbulente, la pression initiale et la richesse. Finalement, une corrélation turbulente est proposée afin de décrire la propagation de ces flammes et en vue d’être utilisée dans des modèles numériquesIn order to reach carbon neutrality by 2050, the European Union is considering hydrogen as a promising energy carrier to reduce reliance on fossil fuels. While fuel cells and electric vehicles already play an important role in decarbonizing the transport sector, hydrogen is also seen as an alternative to conventional fuels for heavy-duty vehicles. Yet, a number of challenges linked to the physico-chemical properties of lean hydrogen combustion are still under investigation: abnormal combustion phenomena, production of nitrogen oxides,instabilities due to thermodiffusive effects, to state a few. This thesis contributes to the understanding of the auto-ignition process in lean hydrogen/air mixtures, as well as the propagation of laminar and turbulent premixed flames. First, measurements of hydrogen/air and hydrogen/air/nitrogen oxides ignition delay times are carried out using a rapid compression machine, to update and validate a kinetic mechanism under spark ignition engine-like conditions. Second, outwardly propagating spherical premixed laminar flames were studiedin a constant-volume combustion chamber, varying the initial temperature and steam dilution, and considering the intrinsic instabilities linked to the physico-chemical properties of hydrogen namely thermodiffusive,hydrodynamic and gravity-related instabilities. Then, expanding premixed turbulent flames are characterized by the generation of a homogeneous and isotropic turbulence zone within a spherical chamber. A parametric study is conducted by varying turbulent intensity, initial pressure and equivalence ratio. Finally, a turbulent correlation is proposed to describe the turbulent propagation of such flames, for use in numerical models
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Yhuel, Emilie. "Simulation et analyse de l'interaction entre une flamme hydrogène/air et un choc incident." Electronic Thesis or Diss., Normandie, 2024. http://www.theses.fr/2024NORMIR44.
Full textAbstract:
La transition énergétique implique le développement de la filière hydrogène pour décarboner le transport et le stockage d’énergie. Toutefois, les propriétés de l’hydrogène compliquent son stockage et son transport comparé aux hydrocarbures, et sa sensibilité aux explosions représente un défi majeur en matière de sûreté. Pour mieux comprendre et maîtriser son comportement, des expériences et simulations numériques sont indispensables, utilisant des méthodes spécifiques pour capturer ces phénomènes complexes. Dans ce manuscrit, le code SiTCom-B a été employé pour simuler l’interaction d’une flamme hydrogène-air avec un choc incident (FSI), en vue de reproduire les résultats expérimentaux du laboratoire ICARE. Une première étude 2D dans un demi-canal (h/2 = 3.5 cm) a été menée pour analyser l’effet des conditions thermiques des parois et des modèles de diffusion. Un allumage plan avec chimie détaillée est simulé, aboutissant à la formation d’une flamme "tulipe". Un choc incident à Mach Ms = 1.4 ou 1.9 interagit ensuite avec la flamme. Les phénomènes observés dans la littérature sont reproduits : des instabilités apparaissent sur le front de flamme et aux parois, et une couche limite réactive se développe après la deuxième FSI. Des parois isothermes (300 K) et une chimie complexe sont conservées pour la suite des simulations. Dans un second temps, une étude paramétrique est réalisée en utilisant les dimensions exactes du canal expérimental (h = 4.5 cm, l = 2.1 cm). Deux types d’allumage (sphérique et plan) sont étudiés, conduisant à des flammes "doigt-de-gant" ou "tulipe". L’effet Soret est analysé et s’est avéré non-négligeable lors de la propagation de flamme d’hydrogène, tout comme l’impact de la gravité qui désymétrise la flamme et influence la FSI. Deux nombres de Mach sont considérés : Ms = 1.9 et 2.4. Une première étude 1D montre un auto-allumage suivi d’une détonation (DDT) pour Ms = 2.4, observée ensuite en 2D et 3D, mais plus tôt à cause des réflexions d’ondes de pression sur les parois latérales. Seule la simulation 3D permet de reproduire avec fidélité l’effet de ces réflexions. Pour Ms = 1.9, les simulations 2D révèlent une focalisation de choc et une accélération de la flamme, influencées par l’asymétrie initiale de celle-ci. Enfin, la FSI expérimentale d’une flamme en doigt-de-gant avec un choc à Ms = 1.9 est simulée en 3D, intégrant les observations précédentes. La vitesse de propagation et la courbure de la flamme sont reproduites avec précision. Les schlieren numériques correspondent également bien aux schlieren expérimentaux, validant ainsi les hypothèses de modélisationThe energy transition implies the development of the hydrogen sector to decarbonize energy transport and storage. However, hydrogen’s properties make it more difficult to store and transport than hydrocarbons, and its sensitivity to explosions represents a major safety challenge. To better understand and control its behavior, experiments and numerical simulations are essential, using specific methods to capture these complex phenomena. In this manuscript, the SiTCom-B code is used to simulate the interaction of a hydrogen-air flame with an incident shock (FSI), with the aim to reproduce experimental results from the ICARE laboratory. An initial 2D study in a half-channel (h/2 = 3.5 cm) has been carried out to analyze the effect of walls and diffusion models. A planar ignition with detailed chemistry is simulated, resulting in the formation of a “tulip” flame. An incident shock at Mach Ms = 1.4 or 1.9 then interacts with the flame. The phenomena observed in the literature are reproduced : instabilities appear on the flame front and at the walls, and a reactive boundary layer develops after the second FSI. Isothermal walls (300 K) and complex transport are retained for further simulations. In a second stage, a parametric study is carried out using the exact dimensions of the experimental channel (h = 4.5 cm, l = 2.1 cm). Two ignition types (spherical and planar) are studied, leading to “finger-glove” or “tulip” flames. The Soret effect is analyzed and is shown to be non-negligible during hydrogen flame propagation, as well as the gravity that de-symmetrizes the flame and influences the FSI. Two Mach numbers are considered : Ms = 1.9 and 2.4. An initial 1D study shows auto-ignition followed by detonation (DDT) for Ms = 2.4, then observed in 2D and 3D, but earlier due to pressure wave reflections on side walls. Only 3D simulations allows for capturing these reflections with exactitude. For Ms = 1.9, the 2D simulations reveal shock focusing and flame acceleration, influenced by the flame’s initial asymmetry. Finally, the experimental FSI of a finger-glove flame with a shock at Ms = 1.9 is simulated in 3D, incorporating the previous observations. Flame propagation velocity and curvature are accurately reproduced. The numerical schlieren also correspond well to the experimental schlieren, validating the modeling assumptions
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Bouajila, Wissam. "Modélisation des chambres de combustion de lanceurs (matériaux & calculs)." Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066553.
Full textAbstract:
Développer des lanceurs réutilisable revient principalement à augmenter la durée de vie du moteur, et plus particulièrement celle de la paroi de la chambre de combustion, élément le plus critique du moteur. Parmi les nombreuses solutions explorées dans la littérature, ce travail de recherche s’oriente sur la caractérisation mécano-chimique d’un matériau prometteur, candidat pour la fabrication des parois de la chambre de combustion : l’alliage de cuivre Cu4Cr2Nb obtenu par plasma formage sous vide. La détermination de ses propriétés thermomécaniques ainsi que l’influence de l’environnement sur celles-ci doivent être déterminés afin d’établir une décision sur l’utilisation de ce matériau. Afin d’être au plus près des conditions d’exploitation de la paroi de la chambre de combustion (i. E. Hautes températures et vitesses de déformation, paroi fine et environnement sous hydrogène), des essais de disques utilisant de fins disques plats sous pression gazeuse ont été réalisés pour caractériser les propriétés mécaniques du matériau. Une méthode de calcul basée sur des hypothèses relatives à la déformation du disque est utilisée afin de déterminer les propriétés mécaniques vraies du matériau à partir des données de l’expérience. La pertinence ainsi que la précision des résultats obtenus ont été vérifiés avec plusieurs matériaux ayant des comportements mécaniques différents. Les propriétés thermomécaniques de l’alliage Cu4Cr2Nb ont été déterminées à des températures de 300K à 1100K et pour des vitesses de déformation moyennes de 5. 10-4 à 5. 10-1 s-1. La fragilisation par l’hydrogène externe (FHE) ainsi que la fragilisation par l’hydrogène interne (FHI) de l’alliage Cu4Cr2Nb ont été mesurées à trois températures significatives 300K, 700K et 1100K et pour différentes vitesses moyennes de déformation. Une diminution de la résistance de l’alliage Cu4Cr2Nb (environ -10%) a été mesurée en environnement hydrogène pour des conditions d’essai particulières. Le comportement mécanique de l’alliage Cu4Cr2Nb a été modélisé à l’aide de la loi de comportement élasto-viscoplastique de Chaboche, particulièrement adaptée à la description de comportements cycliques. Le modèle de Chaboche a été adapté car l’essai de disque nous permet d’atteindre de très hautes vitesses de déformation : la dépendance du modèle à la vitesse de déformation est définie à travers l’amplitude d’écrouissage en plus de la contrainte visqueuse. Les différentes simulations utilisant une modélisation par éléments finis de l’essai de disque intégrant la loi de Chaboche modifiée ont fourni des résultats en très bonne adéquation avec l’expérience pour l’alliage Cu4Cu2Nb sur de larges gammes de températures et de vitesses de déformation. D’après les nombreuses comparaisons réalisées avec succès, toutes les méthodologies expérimentales ainsi que les méthodes de calcul et de simulations associées peuvent être utilisées pour la caractérisation du comportement mécanique et la sensibilité à l’environnement d’autres métaux avec une bonne fiabilité et précision.
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Viguier, Christophe. "Etude des régimes de combustion induite par une onde de choc oblique hypersonique : cas des mélanges H2/air et CH4/air." Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2289.
Full textAbstract:
La propulsion d'engins a grand nombre de mach (concept du superstatoreacteur) ou l'acceleration de projectile a grande vitesse (canon chimique) necessite la connaissance des mecanismes de la combustion supersonique induite par une onde de choc oblique. Dans cette etude experimentale, nous cherchons a etablir comment et dans quelles conditions s'initient et se stabilisent les differents regimes de combustion derriere une onde de choc oblique. Afin de se rapprocher des conditions de fonctionnement d'un engin reel, nous nous sommes limites a l'etude des deux melanges stoechiometriques h#2-air et ch#4-air a m voisin de 6, initialement au repos et a la temperature de 293 k. De maniere generale, la combustion supersonique induite par une onde de choc oblique, prend les deux formes de bases suivantes: (i) une flamme tres turbulente initiee a la tete du diedre et decouplee du choc, (ii) une detonation oblique plus ou moins detachee du diedre. Une premiere approche simple basee sur l'analyse des polaires de choc et de detonation du melange etudies permet de preciser les solutions stationnaires possibles de la propagation supersonique d'un diedre. La difference de comportement des deux melanges a ete mise en evidence sur leur aptitude a supporter ou non une onde de detonation oblique. Dans le cas du melange h#2-air, pour lequel on observe l'initiation retardee de la detonation oblique, nous montrons que le delai d'apparition de celle-ci varie comme le temps d'induction chimique de la reaction. La structure observee a fait l'objet d'une comparaison avec une simulation bidimensionnelle d'un ecoulement reactif supersonique couplee avec une cinetique chimique complexe. Cette comparaison a permis d'analyser les phenomenes assurant la transition d'un regime choc-flamme oblique vers le regime de detonation oblique. Enfin une derniere partie de l'etude est consacree a l'influence de l'injection locale turbulente sur l'initiation et la stabilisation des regimes de combustion deja observes lorsque le milieu etait initialement au repos
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Ayoub, Mechline. "Etude de l'extension du régime de combustion sans flamme aux mélanges Méthane/Hydrogène et aux environnements à basse température." Phd thesis, INSA de Rouen, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00845666.
Full textAbstract:
La combustion sans flamme est un régime de combustion massivement dilué associant forte efficacité énergétique et très faibles émissions polluantes dans les fours industriels. La composition du combustible et la température des parois de la chambre de combustion sont deux paramètres très influents de ce régime. Dans de précédents travaux menés au CORIA, l'étude du régime de combustion sans flamme des mélanges méthane-hydrogène à 18% d'excès d'air a mené à des résultats originaux et prometteurs. D'autre part, la haute température des parois s'est avérée un élément primordial pour la stabilisation de la combustion sans flamme. Dans le cadre du projet CANOE en collaboration avec GDF SUEZ et l'ADEME, cette thèse a pour objectif, d'une part de compléter l'étude de l'extension de ce régime à des mélanges méthane-hydrogène pour des conditions opératoires plus proches des conditions classiques de fonctionnement de brûleurs (10% d'excès d'air), et d'autre part, d'étudier les problèmes de stabilité de la combustion sans flamme en environnement à basse température pour envisager son application à des configurations de type chaudière industrielle.Sur le four pilote à hautes températures de parois du CORIA, l'ajout de l'hydrogène dans le combustible a permis de garder le régime de combustion sans flamme pour toutes les proportions méthane - hydrogène avec très peu d'émissions polluantes. Une augmentation de l'excès d'air est toutefois nécessaire pour certaines conditions opératoires. Les expériences réalisées avec abaissement progressif de la température des parois ont permis d'étudier l'influence de celle-ci sur le développement de la combustion sans flamme, et d'atteindre les limites de stabilité de ce régime. Des résultats similaires sont obtenus sur une installation semi-industrielle de GDF SUEZ. L'ajout d'hydrogène rend la combustion sans flamme moins sensible à l'abaissement de la température de parois. Une étude analytique de jets turbulents confinés a été développée pour représenter l'interaction entre les jets de réactifs et leur environnement dans la chambre de combustion permettant d'atteindre le régime de combustion sans flamme par entraînement, dilution et préchauffage. Ce modèle nous a permis d'établir une étude systématique permettant de mettre en valeur l'effet de chaque paramètre sur le développement des jets dans l'enceinte, et ainsi servir de moyen de pré-dimensionnement de brûleur à combustion sans flamme. L'apport de chaleur nécessaire à la stabilisation à basse température a ainsi été estimé. Sur cette base, un brûleur adapté aux configurations à parois froides a été dimensionné et fabriqué. L'applicabilité de la combustion sans flamme avec ce brûleur dans une chambre de combustion à parois froides, spécialement conçue et fabriquée dans cet objectif au cours de cette thèse, a été étudiée. Un régime de combustion diluée à basses températures a pu être stabilisé, mais le fort taux d'imbrûlés produits en sortie reste à réduire.
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Flores-Montoya, Enrique. "Etude expérimentale de la stabilisation des flammes dans des brûleurs poreux : application des diagnostics optiques dans des géométries imprimées en 3D." Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024TLSEP087.
Full textAbstract:
La transition vers une économie neutre en carbone est confrontée à deux défis majeurs : le stockage de l'excès d'énergie provenant des énergies renouvelables et la décarbonation des processus de combustion dans les secteurs difficiles à électrifier. La stratégie Power to Gas (P2G) propose de résoudre ces problèmes en substituant partiellement l'hydrogène dans le réseau actuel de gaz naturel. Cependant, cela nécessite le développement de brûleurs flexibles capables de s'adapter à des niveaux variables d'hydrogène dans le réseau. Cela est compliqué à cause des différences entre les propriétés de la flamme d’hydrogène et celles des combustibles hydrocarbonés. Les brûleurs poreux (PMBs) sont considérés comme une technologie prometteuse en raison de leurs propriétés uniques. Les PMBs utilisent la recirculation de chaleur pour stabiliser les flammes à l'intérieur de matrices poreuses inertes, incrémentant le taux de consommation de la flamme et atteignant des températures locales superadiabatiques. Cela permet des densités de puissance plus élevées et l’extension des limites d'inflammabilité, ce qui se traduit par des dispositifs compacts et une faible émission de NOx avec des efficacités radiatives élevées.Le mécanisme fondamental de fonctionnement des brûleurs poreux à l'échelle macroscopique, la recirculation de la chaleur, est bien compris. Cependant, il existe encore une connaissance limitée sur certains phénomènes à l'échelle des pores et de leur influence sur le comportement du système global. En raison de la non-linéarité de la combustion et du transfert de chaleur, la stabilisation de la flamme et les performances du brûleur dépendent fortement des détails à l'échelle des pores. Les modèles de bas ordre actuels n'incluent pas la modélisation des interactions flamme-paroi et des effets de diffusion préférentielle, ce qui entraîne une faible précision. Les diagnostics non intrusifs avancés pourraient être utilisés pour étudier la structure locale de la flamme et guider l'amélioration des modèles de bas ordre. Cependant, les mesures expérimentales dans les PMBs sont entravées par le manque d'accès optique à l'intérieur de la matrice poreuse. Malgré les efforts récents, l'application de diagnostics optiques et non intrusifs dans les PMBs est encore très rare. Cette thèse présente une étude expérimentale sur la combustion en milieu poreux et est consacrée au développement de diagnostics optiques. Des PMBs optiquement accessibles sont produits en combinant des topologies définies par ordinateur avec des techniques de fabrication additive. La méthodologie actuelle offre un accès optique étendu dans une configuration de brûleur 3D sans perturber la structure de la matrice. L'accès optique est utilisé pour appliquer une série de diagnostics optiques, y compris la chimiluminescence CH*, l'imagerie de diffusion de Mie et la micro-PIV. Nos résultats montrent les limites des VAMs actuels et de leurs méthodes de validation. La mise en œuvre de diagnostics novateurs a également révélé différentes tendances de stabilisation dans les flammes enrichies en H2, soulignant l'effet des mécanismes d'ancrage local sur les limites de fonctionnement du brûleur. Enfin, l'accès optique est exploité pour effectuer des diagnostics laser et étudier la structure de la flamme à l'échelle des pores. Nos résultats révèlent différents modes de stabilisation et mettent en évidence l'impact de l’écoulement interstitiel sur les performances du brûleur. Cette thèse ouvre de nouvelles voies pour l'application de diagnostics non intrusifs et plaide pour un développement supplémentaire des techniques expérimentales avancées dans les brûleurs poreuxPorous Media Burners (PMBs) are a combustion technology based on heat recirculation where a flame is stabilized within the cavities of an inert porous matrix. In PMBs, heat is transferred upstream from the burned to the unburned gas through the solid matrix yielding a preheating of the reactants.This increases their burning rate allowing for more compact combustion devices and the operation beyond conventional flammability limits. As a result, the stabilization of flames at ultra-lean equivalence ratios is possible, with the subsequent reduction of the flame temperature and NOx emissions. In these burners, a substantial fraction of the power is radiated by the hot solid phase, with radiated power fractions ranging between 20-30 %. This, together with their elevated efficiency and low pollutant emissions, has motivated their commercial use in various infrared heating applications.In the past years, PMBs have received renewed interest owing to their potential as fuel flexible burners. Their ability to stabilize flames over a wide range of burning rates makes them promising candidates to handle the uneven flame properties of hydrogen and hydrocarbon fuels.The mechanism of heat recirculation in PMBs is well understood. However, there is still limited knowledge about many pore-scale phenomena that have a critical impact on the macroscopic behavior of the system and its performance.Advanced nonintrusive diagnostics could be used to study local flame stabilization mechanisms and improve current models. However, experimental measurements in PMBs are hindered by the lack of optical access to the interior of the porous matrix.This dissertation presents an experimental study on porous media combustion and is devoted to the application of optical diagnostics. Optically accessible PMBs are produced by combining computer-defined topologies with additive manufacturing techniques. This methodology provides an extensive optical access in a 3D burner configuration without altering the matrix structure. Optical access is leveraged to apply CH* chemiluminescence, Mie-scattering imaging and micro PIV. Topology tailoring is exploited to analyze the influence of the geometrical parameters of the porous matrix. Direct flame visualization enables the tracking of the reaction region as a function of the operating conditions, which can be used for model validation. The present results bring to light several limitations of current low order models and highlight the influence of the pore size on flame stabilization. Flame-front tracking is also used to investigate the effect of H2-enrichment on the behavior of the flame. This technique reveals different stabilization trends in H2-enriched flames that are not well retrieved by current models. Mie-scattering permits the quantification of the re-equilibration distance and the analysis of the flame shape. Micro PIV measurements show the influence of the topology on the interstitial flow and on the contribution of hydrodynamic effects to flame stabilization.This PhD seeks to open new paths for the application of non-intrusive diagnostics in PMBs and to improve the current understanding of flame stabilization mechanisms
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Sacadura, Jean-Christian. "Etude expérimentale des flammes non-prémélangées hydrogène-oxygène. Caractérisation des champs dynamiques et scalaires." Rouen, 1997. http://www.theses.fr/1997ROUES045.
Full textAbstract:
Les flammes non-prémélangées hydrogène-oxygène stabilisées sur des injecteurs de type coaxial ont été étudiées. La technique de vélocimétrie Doppler laser a été utilisée pour caractériser les champs dynamiques. La tomographie laser a permis de visualiser la structure interne du jet d'oxygène. Les mesures des composantes de vitesse et des fluctuations associées réalisées sur trois injecteurs différents ont révélé l'existence de trois zones principales dans les flammes non-prémélangées hydrogène-oxygène : -la zone du jet d'oxygène -la zone de réaction -la zone d'expansion les effets de la température sur l'augmentation de la vitesse et sur l'atténuation ou la production de la turbulence ont été mis en évidence. Parallèlement les visualisations du jet d'oxygène ont montré l'influence de la turbulence de l'écoulement sur la structure globale de la flamme. La dissymétrie des profils moyens de fluorescence, nous a permis de calculer le coefficient d'atténuation et de déduire le coefficient d'absorption. Les valeurs moyennes du OH dans la flamme ont contribué à l'estimation de la population du niveau pompé et de la concentration totale du radical OH intégré sur la zone de réaction.
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Noh, Dong-Soon. "Contribution à l'étude expérimentale d'une flamme turbulente de prémélange hydrogène-air : caractéristique des champs de vitesse et de la structure spatiale du front." Rouen, 1991. http://www.theses.fr/1991ROUES014.
Full textAbstract:
Ce mémoire concerne l'étude expérimentale de la flamme turbulente en V d'un prémélange hydrogène-air en régime de flamme plissée. Les influences de la turbulence initiale, du confinement et de la richesse sur le champ de vitesse et la structure spatiale du front de flamme ont été étudiées. Les champs de vitesse conditionnel et non conditionnel ont été mesurés par vélocimétrie Doppler laser. La statistique de la structure spatiale du front a été réalisée par tomographie laser couplée au traitement d'image. La corrélation entre les fluctuations de vitesse de l'écoulement et de position du front a été réalisée en les mesurant simultanément. L'ensemble des effets du passage intermittent du front, de la propriété du mélange et de la configuration de la flamme a une influence différente sur le champ dynamique apparent. Les évolutions de la structure spatiale du front de flamme dépendent de la turbulence initiale et non de la turbulence locale. Le comportement de la flamme augmente la zone d'intermittence mais cela ne modifie pratiquement pas la caractéristique du plissement du front. Il est démontré qu'il y a une différence entre l'échelle de plissement du front et l'échelle de longueur scalaire (proposée dans le modèle BML). Dans notre condition de flamme, la corrélation des fluctuations de vitesse et de position signifie que la position spatiale du front est associée à l'écoulement des gaz frais
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Coulon, Victor. "Combustion turbulente des flammes prémélangées hydrogène/air pauvres : de l'évaluation numérique des effets du nombre de Lewis à la modélisation par apprentissage profond pour la simulation aux grands échelles." Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2025. http://www.theses.fr/2025TLSEP001.
Full textAbstract:
Dans le contexte actuel de transition énergétique visant à réduire la dépendance aux combustibles fossiles, l’hydrogène est considéré comme une alternative prometteuse. Cependant, les flammes prémélangées hydrogène/air pauvres peuvent présenter des effets de synergie entre la turbulence et les instabilités de flamme intrinsèques, entraînant une accélération drastique de la flamme et posant des défis pour les simulations numériques. À ce jour, ces effets sont négligés par les modèles de sous-maille pour la simulation aux grandes échelles (Large Eddy Simulations, LES) et doivent être développés car ils résultent de phénomènes diffusifs non résolus par les maillages LES. Par ailleurs, l’avènement de l'apprentissage profond (Deep Learning, DL) offre de nouvelles opportunités pour la modélisation de la combustion en permettant d'exploiter des données haute fidélité pour explorer de nouvelles stratégies de modélisation pour les calculs LES. La première partie de cette thèse propose une analyse numérique de la physique d'une flamme turbulente prémélangée hydrogène/air à mélange pauvre en conditions atmosphériques. Des simulations numé-riques directes (Direct Numerical Simulations, DNS) tridimensionnelles ont été réalisées avec le solveur AVBP pour étudier les effets du nombre de Lewis sur une flamme de jet thermo-diffusivement instable en comparaison avec une flamme méthane/air à mélange stoechiométrique, toutes deux partageant les mêmes propriétés de flamme laminaire non étirée et conditions turbulentes. L’analyse a révélé un impact significatif des effets d’étirement et de courbure sur la structure de la flamme d’hydrogène, avec une déviation importante des gradients et des taux de dégagement de chaleur locaux en comparaison avec ceux issus de la flamme laminaire non-étirée correspondante. En particulier, la diffusion préférentielle de l’hydrogène par rapport à la chaleur induit des variations locales de richesse et une sensibilité accrue aux taux d'étirement, ce qui conduit à une consommation de réactifs deux fois plus importante par la flamme d’hydrogène. Par ailleurs, une étude unidimensionnelle à partir de flammes laminaires à contre-courant a permis de montrer que ces flammes stagnantes et soumises uniquement à un étirement tangentiel normal au front de flamme permettent d'estimer de manière satisfaisante les taux de consommation d'hydrogène relevés dans la DNS. La seconde partie est consacrée à l'exploration de nouvelles stratégies de modélisation basée sur les données en utilisant l'apprentissage profond pour développer des modèles de sous-maille en LES. Une méthodologie de filtrage ad-hoc est proposée pour élaborer une base de données d'entraînement à partir de solutions instantanées issues de la DNS analysée dans la première partie. Ensuite, un réseau de neurones convolutifs (Convolutional Neural Network, CNN) est paramétré dans un cadre d'apprentissage supervisé pour développer deux modèles de sous-maille basés sur les taux de réaction d'hydrogène filtrés. Un modèle d'efficacité dédié au formalisme de flamme épaissie pour LES (Thickened Flame for LES, TFLES) est développé, et ses capacités prédictives sont évaluées d'abord dans un contexte statique (ou offline). Le modèle CNN est ensuite testé sur la même configuration d'entraînement dans un contexte dynamique (ou online) en utilisant AVBP-DL, une stratégie de couplage hybride entre AVBP et le solveur DL. Cependant, les calculs couplés ont indiqué des performances insuffisantes par rapport à un modèle fractal TFLES de référence, ce qui a conduit au développement d'un second modèle CNN de sous-maille visant à prédire directement le terme source d'hydrogène filtré non épaissi en LESWith the current need of transitioning away from fossil fuels, hydrogen is considered a promising alternative. However, lean hydrogen/air premixed flames can exhibit synergistic effects between turbulence and intrinsic instabilities, leading to drastic flame acceleration and posing challenges for numerical simulations. These effects are neglected in current state-of-the-art subgrid-scale (SGS) models for Large Eddy Simulation (LES) and still require development, as they are governed by diffusive phenomena beyond the resolution of LES meshes. Meanwhile, the advent of deep learning (DL) offers new opportunities for combustion modeling, where high-fidelity data can be harnessed to explore new LES modeling strategies. The first part of this work presents a physical analysis of a turbulent lean hydrogen/air premixed flame under atmospheric conditions. Three-dimensional Direct Numerical Simulations (DNS) are performed using the AVBP solver to assess Lewis number effects on a thermo-diffusively unstable jet flame compared to a stoichiometric methane/air flame, both sharing the same unstretched laminar flame properties and turbulent flow conditions. The analysis reveals a strong impact of stretch effects on the hydrogen flame structure, resulting in substantial local deviations from the corresponding unstretched laminar flamelet gradients and burning rates. In particular, the preferential diffusion of hydrogen relative to heat induces local variations in equivalence ratio in curved flame regions and sensitivity to strain effects in flat flame regions, causing the lean hydrogen flame to consume reactants twice as fast as the methane flame. Moreover, one-dimensional stagnation counterflow flamelets are shown to fairly estimate the hydrogen burning rates observed in the DNS, despite their simplification with only strain rates normal to the flame direction. In the second part, this work explores new modeling strategies using deep learning (DL) to develop data-driven SGS models for LES. An ad-hoc filtering methodology is proposed to elaborate a training database from instantaneous DNS snapshots of the flame configuration discussed in the first part. Then, a Convolutional Neural Network (CNN) is parametrized within a supervised learning framework to develop two data-driven SGS models based on filtered hydrogen reaction terms. First, an efficiency model dedicated to the Thickened Flame formalism for LES (TFLES) is developed, and its predictive capabilities are evaluated in an offline (or static) context. The model is then tested on the same training configuration in an online (or dynamic) context using a hybrid coupling strategy between LES and DL solvers called AVBP-DL. Coupled calculations indicated insufficient performance compared with a reference TFLES fractal model, motivating the development of a second SGS model aimed at directly predicting the unthickened LES hydrogen source term
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Davidenko, Dmitry. "Contribution au développement des outils de simulation numérique de la combustion supersonique." Phd thesis, Université d'Orléans, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00012170.
Full textAbstract:
Cette thèse, composée de quatre chapitres, porte sur l'amélioration et le développement de modèles pour la simulation numérique de la combustion supersonique. Le 1er chapitre décrit les bases théoriques d'un code de calcul destiné à la simulation des écoulements compressibles réactifs turbulents. Le 2e chapitre présente les améliorations apportées au modèle de turbulence k-epsilon, notamment l'implantation des corrections de Pope et Sarkar et la validation du modèle pour des écoulements compressibles tels que la couche de mélange plane et le jet rond. Une limitation stabilisatrice a été proposée pour la correction de Pope assurant une prédiction précise de l'épanouissement du jet rond. Un post-traitement de données d'une simulation directe d'une couche de mélange turbulente non isotherme bi-espèces a permis d'évaluer le rapport des nombres de Prandtl et de Schmidt turbulents. Le 3e chapitre est consacré aux modèles cinétiques chimiques. Une nouvelle méthode de réduction automatique de mécanismes cinétiques chimiques a été élaborée puis appliquée au développement de modèles chimiques réduits pour les mélanges réactifs CH4-H2-air et H2-air vicié. Une nouvelle corrélation empirique pour le délai d'autoinflammation du mélange CH4-H2-air a été proposée. Les mécanismes réduits ont été validés dans des conditions homogènes et dans un milieu diffusif. Le 4e chapitre présente la méthodologie et les résultats d'une étude numérique sur une chambre de combustion supersonique. L'aspect méthodologique de cette étude concerne : la validation des modèles numériques, le choix des conditions aux limites, l'adaptation du maillage et la comparaison des configurations bi- et tridimensionnelle.
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D'Angelo, Yves. "Analyse et simulation numérique de phénomènes liés à la combustion supersonique." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1994. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00568711.
Full textAbstract:
Analyse et simulation numérique d'écoulements supersoniques réactifs. Étude de la stabilisation d'une flamme par effet Mach au sein d'un écoulement air-hydrogène prémélangé bidimensionnel. Analyse phénoménologique des conditions d'allumage et de stabilisation d'une flamme à l'aval d'un système stationnaire d'ondes de choc ; cette analyse montre qu'il faut tenir compte de la réaction chimique dans la structure considérée. Exploration de méthodes de résolution des équations de la cinétique chimique complexe explosive air-hydrogène ; analyse de la stabilité de ces méthodes.
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Melen, Stéphane. "Modélisation et étude numérique de la combustion supersonique turbulente non-prémélangée, approche probabiliste." Rouen, 1995. http://www.theses.fr/1995ROUE5044.
Full textAbstract:
Après avoir présenté le problème physique, la première partie décrit les équations et les modèles utilisés pour simuler un écoulement réactif, turbulent et supersonique. La description de la turbulence fait appel à un modèle k- incluant les effets de compressibilité et les effets dus au dégagement de la chaleur. La modélisation des effets de chimie non-infiniment rapide dans un écoulement turbulent est assurée par une approche fonction densité de probabilité. Le modèle PEUL-diffusion a été retenu et introduit dans le code de calcul. Ce modèle fournit une forme présumée de la PDF des variables thermochimiques. Dans la deuxième partie de ce travail sont présentées les méthodes numériques utilisées pour la partie Navier-Stokes et pour le modèle PEUL. Pour résoudre la partie eulérienne, un schéma explicite/implicite inconditionnellement stable TVD a été choisi. Dans la dernière partie, deux simulations de flamme jet d'hydrogène dans l'air sont comparées avec des résultats expérimentaux
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Busquet, Séverine Marie-Pierre. "Etude d'un système autonome de production d'énergie couplant un champ photovoltai͏̈que, un électrolyseur et une pile à combustible : réalisation d'un banc d'essai et modélisation." Paris, ENMP, 2003. https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001338.
Full text
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Rakotoniaina, Jean Elysée. "Etude de la célérité fondamentale de flamme laminaire de mélanges préalables par la méthode de la chambre de combustion sphérique." Poitiers, 1998. http://www.theses.fr/1998POIT2355.
Full textAbstract:
Ce travail consiste a la mise au point d'une methode experimentale pour caracteriser des melanges prealables d'air et de combustibles, gazeux et liquides, par la celerite fondamentale de propagation de flamme laminaire s#u. La technique de la chambre de combustion spherique a volume constant a permis d'obtenir su a des pressions et temperatures proches de celles rencontrees dans les moteurs a allumage commande. Apres une etude de validation faite avec du propane, de l'octane et de l'hydrogene, des donnees pour un melange stoechiometrique toluene-air sont proposees. Differentes techniques de depouillement ont ete explorees. Elles ont prouve que le modele : s#u = s#u#o(t/t#o)(p/p#o), etait le plus approprie (s#u#o : la vitesse fondamentale aux conditions de reference ; : le coefficient de sensibilite de s#u a la temperature ; : le coefficient de sensibilite de s#u a la pression). Un logiciel de depouillement semi-automatique a ete mis au point. Nous avons confirme le changement de la sensibilite de s#u a la pression en fonction de la vitesse fondamentale de reference s#u#o. En effet, lorsque s#u#o est superieur a 1 m/s, est positif, alors que lorsqu'il est inferieur a 0,4 m/s, est negatif. L'influence des structures cellulaires du front de flamme sur les valeurs de s#u determinees a ete mise en evidence. Deux nouvelles methodes pour ameliorer la precision sont proposees.
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Cesário, Moisés Rômolos. "Vaporeformage catalytique du méthane : amélioration de la production et de la sélectivité en hydrogène par absorption in situ du CO2 produit." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00999401.
Full textAbstract:
La thèse étudie le vaporeformage catalytique du méthane avec captage de CO2. Les catalyseurs bi-fonctionnels choisis se composent de nickel, efficace en vaporeformage, de CaO pour la sorption de CO2 et d'aluminate de calcium (Ca12Al14O33) pour permettre une bonne dispersion du métal et de CaO. La méthode de synthèse privilégiée était la méthode d'autocombustion assisté par microondes. Le rapport Ca/Al a été optimisé et un large excès de CaO est nécessaire (75%CaO ; 25%Ca12Al14O33) pour la sorption de CO2. Le reformage du méthane est total dès 650 °C (H2O/CH4 de 1 ou 3) et la sélectivité en hydrogène de 100% durant 7h ou 16h selon les conditions opérationnelles, validant le concept de vaporeformage du méthane assisté par l'absorption de CO2.
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Molet, Julien. "Formation des oxydes d'azote dans les flammes haute pression : étude expérimentale par fluorescence induite par laser : application aux flammes méthane/air et méthane/hydrogène/air." Thesis, Orléans, 2014. http://www.theses.fr/2014ORLE2066/document.
Full textAbstract:
Le monoxyde d’azote (NO) est un polluant atmosphérique responsable d’effets nuisibles sur l’environnement et la santé. Afin de mieux contrôler ces émissions, il est indispensable de comprendre et de maîtriser leur formation,en particulier lors de la combustion à haute pression, domaine d’application industrielle (cas des turbines à gaz,des moteurs…). On distingue quatre voies principales de formation de NO : la voie thermique, la voie du NO précoce, la voie NNH et la voie N2O. L’objectif de cette thèse à caractère expérimentale est de compléter la base de données expérimentale déjà existante nécessaire à la compréhension et à l’identification de la contribution de chaque voie à la formation du NO à haute pression.Dans cette thèse, un dispositif de brûleurs à contre-courants a été utilisé pour étudier la structure de flammes laminaires, prémélangées à haute pression. Les profils de concentration de NO dans les flammes CH4/O2/N2 à différentes richesses (Фc =0,7-1,2) et différentes pressions (P=0,1-0,7 MPa) ont été mesurés par Fluorescence Induite par Laser. L’effet de l’ajout d’hydrogène (80%CH4/20%H2 : Application Hythane®) sur la formation de NO a également été étudié dans les flammes pauvres CH4/O2/N2. Le mécanisme cinétique GDF-Kin®3.0_NCN a été comparé aux mesures de NO disponibles dans la littérature ainsi qu’aux simulations des mécanismes cinétiques du Gaz Research Institute (version 2.11 et 3.0). Ces trois mécanismes ont été ensuite comparés aux mesures expérimentales réalisées dans ces travaux de thèseThe nitric oxide (NO) is a pollutant responsible of detrimental effects on the environment and health. To better control these emissions, it’s crucial to understand and to control their formation, in particular during the combustion process at high pressure, area of industrial applications (gas turbines, engines…).There are four major routes of the NO formation: the thermal route, the prompt-NO route, the NNH route and theN2O route. The aim of this experimental thesis is to complete the existing experimental database which isnecessary to the understanding and the identification of the contribution from each route to the NO formation at high pressure.In this thesis, a facility of two twin counter-flow burners was used to study the structure of the laminar, premixed flames at high pressure. Experimental NO concentration profiles have been measured in CH4/O2/N2 flames for arange of equivalence ratio (from 0.7 to 1.2) and pressures (from 0.1 to 0.7 MPa) by Laser Induced Fluorescence.The effect of adding hydrogen (80%CH4/20%H2: Hythane® application) on the NO formation has been also studied in lean CH4/O2/N2 flames. The GDF-Kin®3.0_NCN kinetic mechanism has been compared to experimental data from the literature and also compared to the simulations from the Gas Research Institute mechanisms (version 2.11 and 3.0). These three mechanisms have been finally compared to the experimental data from this thesis
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Techer, Anthony. "Simulation aux grandes échelles implicite et explicite de la combustion supersonique." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2017. http://www.theses.fr/2017ESMA0020/document.
Full textAbstract:
Cette Thèse de doctorat est consacrée à l’étude, par simulation aux grandes échelles ou LES (Larg eeddy simulation), d’un jet pariétal d’hydrogène sous-détendu dans un écoulement transverse supersonique d’air vicié. Cette configuration est représentative des conditions d’écoulement rencontrées dans les moteurs aérobies de type super-statoréacteurs (scramjets). En effet, les futurs systèmes de transport à grande vitesse dépendent fortement du développement de ce type de moteur. Dans de telles conditions, l’écoulement d’air chaud est maintenu supersonique dans la chambre de combustion afin de réduire les effets induits par l’échauffement et la dissociation de l’air. Nous étudions les processus de mélange et de combustion qui se développent en aval du jet de combustible. Ce travail s’appuie sur l’emploi d’un outil de simulation numérique haute fidélité : CREAMS (Compressible REActive Multi-species Solver) développé à l’Institut Pprime. Ce code de calcul met en oeuvre des schémas numériques d’ordre élevé : schéma Runge–Kutta d’ordre 3 pour l’intégration temporelle combiné à un schéma WENO d’ordre 7 et centré d’ordre 8 pour la discrétisation spatiale. Les simulations réalisées dans des conditions inertes permettent de caractériser l’importance des interactions choc/turbulence avec une attention particulière accordée à la description des fluctuations de composition à l’échelle non-résolue (i.e. sous-maille). Compte tenu de leur niveau de résolution,les simulations réactives permettent quant à elles une analyse détaillée du mode de stabilisation et des régimes de combustion turbulente rencontrés fournissant ainsi des informations très précieuses quant à l’adéquation des modélisations existantes pour ces conditions extrêmesThis dissertation is devoted to the Large-eddy simulation (LES) study of a wall hydrogen underexpanded jet in a supersonic crossflow of vitiated air. This configuration is representative of flow conditions encountered in aerospace engines such as supersonic combustion ramjet (scramjets). Indeed, future of high-speed transport systems heavily depends on the development of this type of engine. Under such conditions, the high temperature flow of vitiated air is maintained supersonic in the combustion chamber to reduce effects of heating and dissociation. The mixing and combustion processes that develop downstream of the fuel jet are studied. This work is based on the use of a high fidelity numerical simulation: CREAMS (Compressible REActive Multi-species Solver) which is developed at the Pprime Institute. This computational solver makes use of high precision numerical schemes: a 3rd order Runge–Kutta scheme for the time integration combines with a 7th order WENO and 8th order centered scheme for the spatial discretisation. Non-reactive simulations allow to characterize the importance of shock/turbulence interactions with special attention paid to the description of the unresolved (i.e. sub-grid scale) scalar fluctuations. The reactive simulations allow to perform a detailed analysis of the stabilization mode and turbulent combustion regimes tha are encountered, thus providing valuable information about the possible adequacy of the available representation for these extreme conditions
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Delorme, Rodolphe. "Applications des décharges de type streamer nanoseconde aux domaines de la combustion et de la spectroscopie." Rouen, 2004. http://www.theses.fr/2004ROUES007.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse porte sur l'application de décharges haute-tension, ayant des temps de montée de l'ordre de la nanoseconde, dans des domaines en pleine expansion actuellement. Cette étude s'articule autour de deux grands axes de recherche que sont la combustion et la spectroscopie. La première des applications potentielles dans le domaine de la combustion, l'allumage d'un mélange combustible en configuration pointe-couronne, nous a permis de valider cette technique d'allumage et de la comparer à un allumage classique par étincelle. Ce type d'allumage permet d'initier la combustion d'un mélange propane-air à richesse 1, à température ambiante, pour des pressions comprises entre 1 et 7 bars. La seconde application concerne la stabilisation de flamme liftée turbulente en sortie d'injecteur, par un plan de décharge en configuration fil-fil à barrière diélectrique. Ce procédé permet, pour une hauteur de stabilisation donnée, d'augmenter la vitesse débitante de près de 80%. L'énergie électrique injectée dans les décharges streamer correspond à 1/1000ème de l'énergie de la flamme. La limitation technique actuelle de ce type de stabilisation se situe au niveau de la fréquence de répétition des décharges (< 300 Hz). Dans le domaine de la spectroscopie, l'application de décharges streamer, en configuration fil-fil à barrière diélectrique, dans un mélange Argon-Hydrogène, permet de générer une émission entre 185 et 350 nm due à la transition dissociative de H2 (a3S+g-->b3S+u). L'ajout d'un gaz tampon, l'Hélium, permet d'accroître de 50% l'efficacité de la sourceThis thesis work concerns the application of high-voltage discharges, having rise time about the nanosecond, in fields in full expansion nowadays. This study is articulated around two large research orientations which are combustion and spectroscopy. The first of the potential applications in the field of combustion, the ignition of a combustible mixture in configuration point-to-crown, enabled us to validate this technique of ignition and to compare it with a traditional ignition by spark. This type of ignition makes it possible to initiate the combustion of a stoechiometric propane-air mixture, at ambient temperature, for pressures ranging between 1 and 7 bars. The second application relates to the stabilization of turbulent lifted flame at exit of injector, by a discharge sheet in wire-wire configuration with dielectric barrier. This process allows, for a height of stabilization given, to increase the flowing speed of almost 80%. The electric power injected into the streamer discharges corresponds to 1/1000th of the flame energy. The current technical limitation of this type of stabilization is at the level of the discharges repetition rate (< 300 Hz). In the field of spectroscopy, the application of streamer discharges, in wire-wire configuration with dielectric barrier, in a Argon-Hydrogen mixture, makes it possible to generate an emission between 185 and 350 nm due to the dissociative transition from H2 (a3S+g-->b3S+u). The addition of a buffer gas, Helium, makes it possible to increase by 50% the source efficiency
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Chaussard, Frédéric. "Effets collisionnels homogènes et inhomogènes dans les spectres Raman rovibrationnels de H2, du régime Doppler au régime collisionnel : applications au diagnostic optique de la température dans les milieux en combustion." Dijon, 2001. http://www.theses.fr/2001DIJOS045.
Full text
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Eugênio, Ribeiro Fábio Henrique. "Numerical Simulation of Turbulent Combustion in Situations Relevant to Scramjet Engine Propulsion." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2019. http://www.theses.fr/2019ESMA0001/document.
Full textAbstract:
Les super-statoréacteurs sont des systèmes de propulsion aérobie à grande vitesse qui ne nécessitent pas d’éléments rotatifs pour comprimer l’écoulement d’air. Celui-ci est comprimé dynamiquement par un système d’admission intégré dans le véhicule, atteignant la pression et la température requises pour que la combustion puisse s’opérer dans la chambre de combustion. La chambre de combustion est traversée par un écoulement supersonique dans ce type de moteur, ce qui limite considérablement le temps disponible pour injecter le carburant, le mélanger avec un oxydant, enflammer le mélange obtenu et parvenir à une combustion complète. Les cavités peuvent être utilisées pour augmenter le temps de séjour sans perte excessive de pression totale et sont donc utilisées comme éléments de stabilisation dans les chambres de combustion supersonique. Cette thèse se concentre sur l’étude du mécanisme de stabilisation et des interactions chimie-turbulence dans le cas d’une injection pariétale de combustible dans un écoulement supersonique d’air vicié en amont d’une cavité carrée. Les conditions d’écoulement réactif à grande vitesse correspondantes sont examinées sur la base de simulations numériques d’un modèle de scramjet représentatif d’expériences effectuées précédemment à l’Université du Michigan. Les calculs sont effectués avec le solveur CREAMS, développé pour effectuer la simulation numérique d’écoulements multi-espèces réactifs compressibles sur des architectures massivement parallèles. Le solveur utilise des schémas numériques d’ordre élevé appliqués sur des maillages structurées et la géométrie de la chambre de combustion est modélisée à l’aide d’une méthode de frontières immergées (IBM). Les simulations LES font usage du modèle wall-adapting local eddy (WALE). Deux températures distinctes sont considérées dans l’écoulement entrant d’air vicié pour étudier la stabilisation de la combustion.Une attention particulière est accordée à l’analyse de la topologie et de la structure des écoulements réactifs, les régimes de combustion sont analysés sur la base de diagrammes standards de combustion turbulenteScramjet engines are high-speed air breathing propulsion systems that do not require rotating elements to compress the air inlet stream. The flow is compressed dynamically through a supersonic intake system integrated in the aircraft’s forebody, reaching the required pressure and temperature for combustion to proceed within the combustor in this kind of engine. The combustion chamber is crossed by a supersonic flow, which limits severely the time available to inject fuel, mix it with oxidizer, ignite the resulting mixture and reach complete combustion. Cavities can be used to increase the residence time without excessive total pressure loss and are therefore used as flame holders in supersonic combustors.This thesis focuses in studying the flame stabilization mechanism and turbulence-chemistry interactions for a jet in a supersonic crossflow (JISCF) of vitiated air with hydrogen injection upstream of a wall-mounted squared cavity. The corresponding reactive high-speed flow conditions are scrutinized on the basis of numerical simulations of a scramjet model representative of experiments previously conducted at the University of Michigan. The computations are performed with the high-performance computational solver CREAMS, developed to perform the numerical simulation of compressible reactive multi-component flows on massively-parallel architectures. The solver makes use of high-order precision numerical schemes applied on structured meshes and the combustion chamber geometry is modeled by using the Immersed Boundary Method (IBM) algorithm. The present set of computations is conducted within the LES framework and the subgrid viscosity is treated with the wall-adapting local eddy (WALE)model. Two distinct temperatures are considered in the inlet vitiated airstream to study combustion stabilization. Special emphasis is placed on the analysis of the reactive flow topology and structure,and the combustion regimes are analyzed on the basis of standard turbulent combustion diagrams
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Brossard, Christophe. "Contribution à l'étude de l'inhibition de la post-combustion : caractérisation aérothermochimique d'une flamme plane basse pression ensemencée en potassium." Rouen, 1995. http://www.theses.fr/1995ROUES054.
Full textAbstract:
Afin d'étudier le mécanisme d'inhibition de la combustion par le potassium, un brûleur à flamme plane prémélangée basse pression (environ 60 mbar), ensemencée en potassium, a été mis au point. Des calculs de structure de flamme ont montré que l'ajout d'une infime quantité de potasse gazeuse (fraction molaire 10 puissance-3) peut modifier considérablement les profils de température et de concentration des espèces chimiques de flammes H2/CO/CO2/Ar prémélangées. En l'absence d'additif au potassium, le profil de température a été caractérise précisément par une technique optique non-intrusive, la spectrométrie d'absorption infrarouge à diode laser accordable (S. D. L. A. ). Les profils de concentration des espèces stables ont été caractérisés par spectrométrie de masse quadripolaire. Les profils mesurés s'accordent bien aux profils calculés à partir d'un mécanisme cinétique à 34 réactions. L'ensemencement en potassium de la flamme a été réalisé par introduction, dans les gaz frais, de fines gouttelettes (diamètre moyen d'environ 10 microns), générées par atomisation ultrasonique. Les gouttelettes étaient constituées soit d'une solution aqueuse concentrée de potasse, soit d'eau pure. Les conditions optimales d'ensemencement ont été déterminées par granulométrie-vélocimétrie phase Doppler (PDPA). Cette technique a en outre permis de mesurer la variation, due à l'évaporation, de la distribution granulométrique des gouttelettes. Dans le cas de l'eau pure, les valeurs expérimentales ont été comparées aux valeurs calculées par un modèle d'évaporation, couplé au modèle de structure de flamme et tenant compte de la variation, au cours de la trajectoire de la gouttelette, des propriétés du mélange gazeux environnant. L'ordre de grandeur de la fraction molaire totale de l'élément potassium passée en phase gazeuse, estimé d'après l'analyse des données du PDPA, est extrêmement faible (10 puissance -4). Le profil de vitesse des gaz dans la flamme ensemencée, directement relié au profil de température, a également été établi à partir de la vitesse mesurée des plus fines gouttelettes (diamètre d'environ 1 micron). Malgré une dispersion non négligeable des mesures, les profils obtenus avec solution de potasse ont révélé un niveau de vitesse plus élevé que ceux obtenus avec eau pure. Cette différence, qui reste cependant à confirmer, pourrait être attribuée à l'effet chimique du potassium sur le profil de température des gaz. Néanmoins, aucun effet n'a été détecté sur les profils de concentration des espèces stables.
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Vincent, Stéphane. "Modélisation de l'allumage en milieu turbulent avec chimie complexe." Rouen, 1997. http://www.theses.fr/1997ROUES049.
Full textAbstract:
Ce travail concerne l'étude par simulation numérique de l'interaction qui existe entre les phénomènes turbulents et les phénomènes chimiques ayant lieu en combustion et en particulier durant les premiers instants de celle-ci. Le cas général est celui des gaz parfaitement prémélangés. Cette étude se fait par une approche basée sur les fonctions de densité de probabilité (PDF) couplée à des cinétiques chimiques complexes. Cette étude a été effectuée dans deux situations distinctes. Dans un premier temps l'étude est effectuée lorsque la combustion a lieu par auto-inflammation dans un mélange d'hydrogène et d'air a permis la mise en évidence, avec une méthode relativement simple à mettre en œuvre, des relations fortes entre les différentes espèces chimiques en cours de combustion. Ensuite cette étude a été effectuée dans le cas de l'allumage par étincelle de mélanges hydrogène-air et heptane-air en utilisant un modèle d'allumage ou l'étincelle est représentée par un dépôt d'énergie de durée finie et dans un volume fini. Le couplage de ce modèle d'allumage avec une cinétique chimique détaillée a permis la prédiction de limite d'inflammation. Le mémoire présente d'abord des rappels de la théorie de la combustion turbulente, différents types de modélisation et, en particulier, l'approche de la PDF. Puis une revue critique de modèles d'allumage par étincelle est effectuée et le modèle utilisé est présenté. Une description des méthodes de réductions des schémas numériques est proposée ainsi que le choix des cinétiques chimiques utilisées. Une étude de l'auto-allumage turbulent de mélange d'hydrogène-air est alors effectuée et dans la dernière partie l'étude de l'allumage turbulent par étincelle est effectué.
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Hodille, Etienne. "Etude de l'implantation du deutérium dans les composés face au au plasma constituants du tokamak ITER." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4065.
Full textAbstract:
Lors de l’opération d’ITER, des flux importants d’isotopes d’hydrogène (HI) constituant le fuel interagissent avec les composants face au plasma (CFP) de la machine. Dans le cas du Tungstène (W) composant le divertor qui est la zone la plus exposée aux interactions plasma paroi, le flux incident est implanté et diffuse ensuite dans le corps du matériau entrainant un piégeage du fuel. Pour des raisons de sureté, l’inventaire de Tritium retenu dans les parois d’ITER est limité. De plus, le dégazage du fuel depuis les parois vers le plasma, lors des opérations plasma peut avoir un impact sur le contrôle global du plasma. Le but de cette thèse est d’abord de déterminer les paramètres de piégeages du fuel dans le W (énergies/températures de dépiégeage, concentrations de pièges) grâce à la modélisation de résultats expérimentaux. Ces simulations de résultats expérimentaux montrent que l’implantation d’HIs dans le W peut induire, sous certaines conditions, la formation de lacunes contenant des impuretés. En plus de ce piège induit par l’implantation d’ions, 2 pièges intrinsèques sont présents dans le W. Ces 3 pièges retiennent les HIs jusqu’à 700 K. Enfin, il est montré que le W endommagé par des ions lourds ou des neutrons contient des dislocations, des boucles de dislocations et des cavités retenant les HIs jusqu’à 1000 K.Après avoir déterminé ces paramètres de piégeages des HIs dans le W, la rétention des HIs durant l’opération d’ITER est estimée. Lors de cette opération, la température des CFP W atteint environ 1000 K. Les simulations montrent donc que la rétention dans les CFPs non endommagé est bien plus faible que dans le cas d’un CFP endommagéDuring ITER operation, important flux of Hydrogen Isotopes (HIs) constituting the fuel interact with the plasma facing components (PFC) of the machine. In the case of tungsten (W) making the divertor which is the most exposed area to the plasma wall interaction, the incident flux can be implanted and diffuse inside the bulk material inducing a trapping of the fuel. To safety issue, the tritium inventory retained in ITER’s PFC is limited. In addition, the outgassing of the fuel during plasma operation can impact the edge plasma control.The aim of this PhD project is first to determined relevant trapping parameters of the fuel in W (detrapping energies/temperatures and trap concentrations) by modelling experimental results. The simulations of experimental results shows that under specific condition, the HI implantation can induce the formation of mono-vacancies containing impurities. In addition to this induced trap, 2 intrinsic traps are present in W. This 3 traps retain HIs up to 700 K. Finally, it has been shown that the damaged W by heavy ions or neutrons contains dislocations, dislocation loops and cavities that can trap HIs up to 1000 K.After determining the fuel retention properties of W, the HIs retention during ITER operation is estimated. During this operation, the PFC temperature reaches around 1000 K so the simulations show that the damaged W retains much more HIs than the undamaged W
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Recker, Elmar. "Numerical and experimental study of a hydrogen gas turbine combustor using the jet in cross-flow principle." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2012. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/209733.
Full textAbstract:
Control of pollutants and emissions has become a major factor in the design of modern combustion systems. The “Liquid Hydrogen Fueled Aircraft - System Analysis” project funded in 2000 by the European Commission can be seen as such an initiative. Within the framework of this project, the Aachen University of Applied Sciences developed experimentally the “Micromix” hydrogen combustion principle and implemented it successfully in the Honeywell APU GTCP 36-300 gas turbine engine. Lowering the reaction temperature, eliminating hot spots from the reaction zone and keeping the time available for the formation of NOx to a minimum are the prime drivers towards NOx reduction. The “Micromix” hydrogen combustion principle meets those requirements by minimizing the flame temperature working at small equivalence ratios, improving the mixing by means of Jets In Cross-Flow and reducing the residence time in adopting a combustor geometry that provides a very large number of very small diffusion flames. In terms of pollutant emissions, compared to the unconverted APU, an essential reduction in emitted NOx was observed, stressing the potential of this innovative burning principle.The objective of this thesis is to investigate the “Micromix” hydrogen combustion principle with the ultimate goal of an improved prediction during the design process. Due to the complex interrelation of chemical kinetics and flow dynamics, the “Micromixing” was analyzed first. Stereoscopic Particle Image Velocimetry was used to provide insight into the mixing process. A “simplified” set-up, that allowed to investigate the flow characteristics in great detail while retaining the same local characteristics of its “real” counterparts, was considered. The driving vortical structures were identified. To further investigate the physics involved and to extend the experimental results, numerical computations were carried out on the same “simplified” set-up as on a literature test case. In general, a number of physical issues were clarified. In particular, the interaction between the different vortical structures was looked into, and a kinematically consistent vortex model is proposed. After demonstrating the development of the mixing, the “cold flow” study was extended to a single injector. The double backward-facing step injector geometry was addressed experimentally and numerically. At design geometry, the flow appeared to behave single backward-facing like, with respect to the first gradation. In terms of varying step configurations, the flow was seen to be dependent on the periodic perturbation arising from the graded series of backward-facing steps. During the second part of the investigation, the “hot flow” was analyzed. Considering combustor similar operating conditions, a test burner was experimented on an atmospheric test rig. NOx emissions were traced by exhaust gas analysis for different working conditions. Particular flame patterns, such as a regular attached flame as well as lifted flames were observed. In parallel with the experimental work, numerical computations on a pair of opposite injectors, permitted to classify the combustion regime and the main factors involved in the NOx formation. Accordingly, NOx emission enhancing design changes are proposed. Finally, the demanding computational effort, worthy of acceptance for academic purposes, is found not agreeable as future design tool and improvements to speed up the design process are projected.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur
info:eu-repo/semantics/nonPublished
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Renou, Bruno. "Contribution à l'étude de la propagation d'une flamme de prémélange instationnaire dans un écoulement turbulent. Influence du nombre de Lewis." Rouen, 1999. http://www.theses.fr/1999ROUES015.
Full textAbstract:
Cette étude expérimentale a pour but de caractériser les interactions et les couplages entre les phénomènes aérodynamiques (la turbulence) et les phénomènes chimiques (la combustion) qui ont lieu au niveau des contours de flammes turbulentes prémélangees instationnaires. Cette étude a été menée dans une chambre de combustion à pression atmosphérique où les flammes sont allumées par étincelle au centre de la chambre dans un écoulement turbulent homogène et isotrope. La première partie de ce travail a été consacrée à une analyse temporelle des contours de flammes pour différents combustibles (méthane, propane et hydrogène) grâce a la technique de tomographie laser rapide. Nous avons ainsi pu mesurer et calculer des grandeurs locales telles que les courbures, les vitesses de déplacement, des grandeurs géométriques comme les rayons de flamme et des grandeurs moyennes telles que les différentes vitesses de flamme, le taux d'étirement. Ces caractéristiques ont été obtenues pour différentes conditions de turbulence et de richesse. Dans un deuxième temps, le montage expérimental a été modifié pour permettre une mesure statistique des contours de flammes. Les grandeurs spatiales caractéristiques (orientation des flammelettes, échelles intégrales de plissements et densités de surface de flammes) sont obtenues en fonctions des paramètres expérimentaux. Un modèle temporel du taux de réaction moyen est proposé et validé pour les différents nombres de Lewis étudiés. Enfin, la mesure des propriétés du champ dynamique par vélocimétrie par image de particules a permis de déterminer les grandeurs caractéristiques locales des interactions entre la chimie et la turbulence (cisaillement, étirement local,). Nous avons montré que la réponse du front de flamme en terme de courbure, à un cisaillement extérieur, est linéaire, et que les valeurs des coefficients dépendent des propriétés thermodiffusives du combustible.