Tesis: "Flammes turbulentes en expansion"

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Galmiche, Bénédicte. "Caractérisation expérimentale des flammes laminaires et turbulentes en expansion". Phd thesis, Université d'Orléans, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01069403.

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Resumen

Le moteur downsizé à allumage commandé constitue l'une des voies principales explorées par les constructeurs automobiles pour améliorer le rendement et réduire les émissions de dioxyde de carbone des motorisations essence. Il s'agit de combiner une réduction de la cylindrée avec une forte suralimentation afin d'améliorer le rendement du moteur, en particulier à faibles et moyennes charges. Leur mise au point est limitée par l'augmentation des combustions anormales, dont le contrôle par forte dilution peut également entraîner l'apparition de variabilités cycliques importantes. Actuellement, la compréhension des nombreux paramètres intervenant dans l'apparition de ces phénomènes et de leurs interactions, reste encore imparfaite. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail est de contribuer à la compréhension des mécanismes impliqués dans les processus de propagation des flammes turbulentes. Cette étude est réalisée dans une enceinte de combustion sphérique haute pression haute température, équipée de ventilateurs générant une turbulence homogène et isotrope. La première partie de ce travail est consacrée à l'étude de la combustion prémélangée laminaire isooctane/air. Dans un deuxième temps, l'aérodynamique de l'écoulement dans l'enceinte est finement caractérisée par Vélocimétrie Laser Doppler et Vélocimétrie par Images de Particules. Enfin, la propagation des flammes turbulentes est étudiée en termes de vitesse à partir de visualisations par ombroscopie. Une loi unifiée, permettant de décrire la propagation des flammes turbulentes indépendamment des conditions thermodynamiques initiales, de l'intensité de la turbulence et de la nature du mélange réactif est notamment proposée.

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Albin, Eric. "Contribution à la modélisation numérique des flammes turbulentes : comparaison DNS-EEM-Expériences". Phd thesis, INSA de Rouen, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00557908.

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Resumen

La dynamique des flammes de prémélange est étudiée par deux approches numériques différentes. La première résout les équations compressibles de Navier-Stokes avec une chimie simplifiée (DNS). Afin de réduire les coûts de calcul, nous analysons et développons un schéma numérique à grille décalée. Le traitement des ondes acoustiques aux sorties est connu pour rendre les flammes cylindriques légèrement carrées. Ces déformations non-physiques sont expliquées en mettant en évidence la modélisation insuffisamment précise de l'accélération du fluide lorsque l'écoulement est oblique à la sortie. Une étude paramétrique et statistique de flammes turbulentes est menée en 2D et une simulation parallèle 3D est réalisée dans un domaine de (3cm)3. En considérant la flamme infiniment mince, l'approche EEM diminue considérablement les coûts de calcul. Les mêmes simulations sont réalisées et comparées aux résultats de DNS pour tester la capacité du modèle EEM à fournir des résultats quantitatifs.

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Detomaso, Nicola. "Simulation aux grandes échelles de la combustion à volume constant : modélisation numérique des flammes turbulentes en expansion dans les mélanges non homogènes". Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024TLSEP034.

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Resumen

Le cycle thermodynamique classique des turbines à gaz n'a subi aucune modification majeure au cours des dernières décennies, et les améliorations d'efficacité les plus importantes ont été obtenues en réduisant les pertes thermiques, en augmentant le taux de compression et la température maximale. Malgré les efforts visant à améliorer les performances des chambres de combustion, les technologies actuelles pourraient ne pas être à la hauteur des contraintes environnementales de plus en plus strictes. Par conséquent, une percée technologique est essentielle pour façonner l'avenir des moteurs thermiques. La combustion à gain de pression (PGC) émerge comme l'une des solutions les plus prometteuses, introduisant de nouveaux cycles thermodynamiques où la pression augmente tout au long du processus de combustion. Cela peut conduire à une augmentation d'entropie plus faible, bénéficiant à l'efficacité globale du cycle.Plusieurs concepts de PGC sont actuellement étudiés par la communauté scientifique, allant de la déflagration, telle que la combustion à volume constant (CVC), à la détonation, notamment la combustion à détonation rotative (RDC). La simulation numérique est utilisée pour évaluer les performances de ces systèmes et pour mieux comprendre leur comportement afin de les améliorer avant de procéder à des essais expérimentaux. La simulation aux grandes échelles (LES) a un rôle important dans ce domaine grâce à sa capacité à prédire fidèlement les écoulements réactifs. Cependant, avec la complexité croissante des systèmes de combustion, des modèles physiques avancés sont cruciaux pour assurer des simulations prédictives.Dans ce travail, la combustion à volume constant est évaluée et les principaux défis numériques posés par ces systèmes de combustion sont examinés. L'allumage, la combustion à haute pression, la dilution, l'interaction flamme-turbulence, les effets d'étirement, les flux de chaleur font partie intégrante de la physique que les systèmes CVC englobent, et leur interaction conduit à des phénomènes physiques complexes qui doivent être modélisés. Les modèles numériques développés dans ce travail sont principalement examinés dans des cas test, puis appliqués dans le calcul de la chambre à volume constant CV2, opérée au laboratoire Pprime (Poitiers, France).D'abord, des nouvelles conditions limites sont dérivées de la théorie des tuyères pour mimer les effets des soupapes d'admission et d'échappement. Les propriétés d'écoulement sont imposées dynamiquement à la fois à l'entrée et à la sortie de ces systèmes contrôlés par des vannes.Une chimie globale pour les mélanges propane/air est dérivée pour différentes pressions, températures et compositions de gaz frais. La cinétique chimique est optimisée pour différentes concentrations de diluants, composés des gaz brûlés tels que le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. Comme les moteurs à piston, les chambres CVC fonctionnent cycliquement, et chaque cycle de combustion est influencé par les gaz résiduels provenant des cycles précédents. Pour cette raison, un modèle numérique détaillant la composition locale des mélanges inflammables dilués est proposé pour fournir toutes les informations sur les gaz frais nécessaires à la cinétique et au modèle de combustion. Basé sur une généralisation du Thickened Flame (TF), un nouveau modèle de combustion, le Stretched-Thickened Flame (S-TF) model, est développé pour surmonter les limitations du modèle TF dans la prédiction des effets d'étirement sur la vitesse de combustion des flammes laminaire. Cela est crucial pour capturer efficacement les événements transitoires des flammes propagative, fondamentaux dans les chambres CVC. Enfin, dans le cadre de la modélisation de l'allumage, le modèle de dépôt d'énergie est couplé avec le modèle S-TF.Les modèles développés dans cette thèse sont ensuite appliqués à la chambre CV2, mettant en évidence leur impact positif dans la prédiction de la physique transitoire impliquée dans ces systèmes
Classical gas turbine thermodynamic cycle has undergone no major changes over the last decades and the most important efficiency improvements have been obtained reducing thermal losses and raising the overall pressure ratio and peak temperature. Despite the efforts in research and development aiming at enhancing especially combustion chambers performances, current technologies may fall short of complying the increasingly stringent environmental constraints. Consequently, a technological breakthrough is essential to shape the future of thermal engines. Pressure Gain Combustion (PGC) emerges as one of the most promising solutions, introducing new thermodynamic cycles where, unlike the Brayton cycle, pressure increases across the combustion process. This can lead to a lower entropy raise, benefiting the overall cycle efficiency.Several PGC concepts are currently studied by the combustion community, ranging from deflagration, such as constant volume combustion (CVC), to detonation, including Rotating Detonation Combustion (RDC) and Pulse Detonation Engine (PDE). Numerical simulation is used to assess the performance of these systems as well as better understand their behavior for improvements before performing experimental tests. Large Eddy Simulation (LES) has assumed an increasingly significant role in combustion science thanks to its high capability in capturing reacting flows. However, with the increasing complexity of combustion systems, advanced physical models are crucial to ensure predictive simulations.In this work, constant volume combustion technology is assessed and the main numerical challenges posed by these combustion systems are scrutinized. Ignition, high pressure combustion, dilution, flame-turbulence interaction, flame-stretch effects, heat fluxes are just part of the physics that CVC systems encompass and their interplay leads to complex physical phenomena that have to be modeled. The numerical models developed in this work are primarily scrutinized in simple test cases and then applied in complete 3D LES framework to compute the constant volume combustion chamber CV2, operated at Pprime laboratory (Poitiers, France).First, novel boundary conditions, based on NSCBC formalism, are derived from nozzle theory to mimic intake and exhaust valve effects. With this strategy no moving part is introduced in the LES and the flow properties are imposed both at the inlet and the outlet of these valves-controlled systems.Second, a two-step chemistry for propane/air mixtures is derived for multiple pressure, temperature and composition of fresh gases. The chemical kinetics is optimized for different concentration of dilutants, composed by burnt products such as carbon dioxide and water vapor. Like piston engines, constant volume chambers operate cyclically and each combustion event is affected by the residual burnt gases coming from previous cycles. For this reason, a numerical model to detail the local composition of diluted flammable mixtures is proposed to provide all the fresh gas information required by the kinetics and the combustion model. Based on a generalization of the classical Thickened Flame (TF) model, a new combustion model, the Stretched-Thickened Flame (S-TF) model, is developed to overcome the TF model limitations in predicting stretch effects on the laminar flame burning velocity. This is crucial to well capture transient events of propagating flames, which are fundamental in CVCs.Eventually, the ignition modeling is assessed and the Energy Deposition model is coupled with the S-TF model by tracking the kernel size in time.The models developed in this thesis are then applied to the CV2 chamber, highlighting their positive impact in capturing the unsteady physics involved in such systems

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Samson, Erwann. "Etude expérimentale de la propagation de flammes en expansion dans un milieu à richesse stratifiée". Rouen, INSA, 2002. http://www.theses.fr/2002ISAM0008.

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La propagation de flammes en expansion dans un prémélange propane-air est étudiée pour des mélanges présentant des répartitions hétérogènes de combustible. Dans une première partie, une flamme laminaire est allumée dans une stratification symétrique de combustible. Pendant la propagation de la flamme, des enregistrements tomographiques sont effectués pour différents temps de propagation et différentes répartitions initiales de combustible. Dès le début de la propagation, la flamme dans son ensemble est influencée par la stratification. La courbure moyenne peut être déduite du comportement de la flamme homogène dans des conditions stoechiométriques à travers une loi linéaire ; cette loi dépend de l'amplitude initiale de la fraction de mélange 𝑍 et du temps de propagation. Des mesures simultanées de vitesse absolue de déplacement et d'émission de radicaux OH* et CH*, combinées avec des mesures de 𝑍 par P. L. I. F. Montrent la faible contribution du terme -2𝘋/𝑍 𝑛. Grad(𝑍) présent dans la définition de la vitesse de déplacement du front de flamme. On montre que "l'effet mémoire" de la stratification est principalement dû au réservoir de radicaux et de température induit, à l'inertie de l'allumage et à l'expansion thermique liée aux zones brûlant à la stoechiométrie. Dans une seconde partie, pour une turbulence de grille donnée, une comparaison entre des flammes de prémélanges homogènes et hétérogènes est réalisée, et ce, pour différentes fractions de mélanges moyennes et niveaux de fluctuations. L'étude géométrique des flammes montre l'importance du niveau d'hétérogénéités sur la propagation pour les différentes conditions. Dans les premiers temps de propagation, les fluctuations de fraction de mélange n'affectent pas la taille de la flamme, pour des conditions moyennes stoechiométriques. Dans les instants suivants, un niveau optimum d'hétérogénéités peut être déterminé, sous forme d'un couple (𝑍, 𝑍'), pour lequel la propagation de la flamme est équivalente aux flammes homogènes ayant une fraction de mélange moyenne supérieure. Ce soutien est dû au réservoir chimique et thermique induit, permettant d'obtenir une combustion dans un milieu en dessous des limites classiques d'inflammabilité.

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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.

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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 numériques
In 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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Endouard, Charles. "Etude expérimentale de la dynamique des flammes de prémélange isooctane/air en expansion laminaire et turbulente fortement diluées". Thesis, Orléans, 2016. http://www.theses.fr/2016ORLE2043/document.

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Depuis plusieurs années, les constructeurs automobiles suivent la voie du « downsizing » pour le développement des moteurs à allumage commandé. Ce procédé basé sur la réduction des cylindrées moteur combinée à la suralimentation a déjà fait ses preuves quant à son intérêt dans l’augmentation du rendement et la réduction des émissions polluantes des moteurs à essence. Les nouvelles conditions thermodynamiques, de turbulence et de dilution de ces moteurs engendrant de nouvelles possibilités de dilution dans les mélanges air/carburant, elles amènent également de nouvelles problématiques quant aux combustions anormales observées et l’apparition d’importantes variabilités cycliques. Ces travaux de thèse s’insèrent dans l’objectif de compréhension du comportement des flammes de prémélange d’isooctane/air en expansion dans des conditions représentatives d’un moteur « downsizé ». Leur étude a dans un premier temps été réalisée dans des conditions laminaires afin d’extraire les vitesses de flammes et longueurs de Markstein associées aux différents mélanges réactifs, et notamment sous forte dilution. Des corrélations ont alors été développées pour répondre aux besoins des modèles de simulation. Un nouveau dispositif de diagnostic optique a ensuite été employé pour améliorer la visualisation des flammes turbulentes en expansion. Une corrélation de coefficient correctif est ici développée pour remédier à la surestimation de vitesse engendrée par une visualisation Schlieren de ces flammes turbulentes. Une étude approfondie de l’influence des conditions thermodynamiques initiales, de la turbulence, ainsi que des caractéristiques diffusives du mélange air/carburant a par ailleurs été conduite afin d’isoler l’effet de chacun de ces paramètres sur le développement et la propagation de la flamme turbulente. Enfin l’effet d’une évolution simultanée des conditions thermodynamiques initiales similaire à celle d’une compression moteur a été étudié pour mieux appréhender les changements de comportement des flammes turbulentes dans des conditions plus représentatives du moteur à allumage commandé
For several years, “downsizing” is used by car manufacturers to develop new spark ignition engines. This method based on the reduction of engine size combined with an increase of intake pressure (turbocharger) is well known to reduce pollutant emissions and increase efficiency. New thermodynamic, turbulent and dilution conditions could be used with these new engines but they can bring new issues like unusual combustion or cyclic variability. This thesis took place to improve the understanding of premixed expanding isooctane/air flames behavior under downsized engine-like conditions. As a first step, this work is conducted under laminar conditions to extract laminar burning velocities and Markstein lengths of the different mixtures, especially under high dilution. New correlations are then developed to answer the needs of numerical models. A new optical dispositive is then used to improve the visualization of turbulent expanding flames. A corrective coefficient correlation is proposed to avoid the overestimated values of turbulent burning speed generated by Schlieren visualization with such turbulent flames. A deep survey of starting conditions (temperature, pressure, turbulence, dissipative characteristics of air/fuel mixtures) influence is done to investigate the effect of each parameters on the development and the propagation of the turbulent flame. Finally, the effect of a coupled rise of initial temperature and pressure, similar to an engine compression, is studied to better understand the changes of flame behavior under more realistic spark-ignition engine conditions

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Larabi, Hakim. "Vers la modélisation multi-composants des flammes de spray Formalism for spatially averaged consumption speed considering spherically expanding flame configuration". Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMIR20.

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Resumen

Jusqu’à aujourd’hui, les moteurs automobiles et aéronautiques étaient conçus pour fonctionner avec des combustibles fossiles. Pour relever les défis économiques et environnementaux du monde actuel et de la transition énergétique, des carburants de substitution sont développés et testés. Ils sont utilisés pour remplacer directement les carburants classiques ou bien sous forme de mélanges pour obtenir les propriétés thermochimiques souhaitées. Cependant, l’impact de ces nouveaux carburants sur les performances des chambres de combustion reste partiellement connu. Dans cette perspective, des simulations haute-fidélité de la combustion turbulente de carburants de substitution ne peuvent être réalisées qu’à la condition de prendre en compte une description détaillée multi-composants des mélanges de liquides et de gaz. L’objectif de cette thèse est de contribuer à la modélisation instationnaire des flammes de spray en présence de phénomènes complexes multi-composants : évaporation différentielle, mélange multi-espèces, nombreuses réactions chimiques en phase gazeuse. À cet effet, le carburant est traité comme un ensemble de mélanges à plusieurs composants, qui peuvent être différents dans les phases liquide et gazeuse en fonction de la précision requise. Différents modèles pour les phénomènes susmentionnés sont disponibles dans la littérature. Le principal défi est le couplage de ces différentes approches et leur validation dans des conditions réalistes et complexes. Premièrement, l’approche multi-composants choisie pour la phase gazeuse, basée sur le transport d’un grand nombre d’espèces et sur la chimie de type Arrhénius, est validée pour les flammes prémélangées. La configuration de flamme sphérique en expansion a été choisie pour étudier la vitesse de consommation de la flamme, paramètre important de la combustion. En collaboration avec l’équipe expérimentale du laboratoire CORIA, un formalisme pour l’évaluation précise de la vitesse de consommation de flamme est établi pour les flammes en expansion sphérique confinées et non confinées. Ce formalisme permet d’avoir une comparaison précise des résultats expérimentaux et numériques pour les flammes méthane / air et iso-octane / air et de valider ainsi le modèle de transport en phase gazeuse. Deuxièmement, nous nous sommes concentrés sur le processus physique d’évaporation. Le modèle d’évaporation multi-composants d’Abramzon-Sirignano est implémenté dans le solveur fluide YALES2 en se basant sur une approche de point-force pour les gouttelettes de carburant. Ce modèle a été adapté pour permettre de décrire l’évaporation d’un ou plusieurs composants avec ou sans évaporation différentielle. En tant que tel, le modèle est capable de traiter divers surrogates de carburant. Ce modèle d’évaporation est comparé au modèle de Spalding et validé sur les résultats expérimentaux de Chauveau et al. [33], Nomura et al. [158], Ghassemi et al. [82] et Daïf et al. [47] pour une gouttelette à un seul composant, puis une gouttelette isolée à deux composants avec et sans convection. Enfin, la simulation aux grandes échelles (LES) d’une flamme de spray complexe n-heptane/air est réalisée avec une chimie analytiquement réduite (ARC, [169, 205]). Cette flamme a été étudiée expérimentalement au laboratoire CORIA avec des diagnostics haute-fidélité pour caractériser la structure de la flamme et fournir des données quantitatives telles que la vitesse et la température en phase gazeuse ainsi que les distributions locales de taille et de vitesse des gouttelettes de carburant. La comparaison avec les données expérimentales [225] et avec les simulations réalisées dans le cadre du 6ème atelier sur la combustion turbulente de spray (TCS6), montre que les LES actuelles reproduisent fidèlement l’écoulement gazeux et les propriétés de la phase dispersée. Cette configuration ouvre la voie à la simulation de flammes de spray encore plus complexes avec des combustibles à plusieurs composants
Until recently, automotive and aeronautical engines were designed to operate with fossil fuels. To better meet the economic and environmental challenges of the modern world and of the energy transition, alternative fuels are developed and tested. They are used to replaceconventional fuels or as a blend to achieve the desired thermo-chemical properties. However, the impact of these new fuels on the performance of combustion chambers remains partially known. From this perspective, high-fidelity simulations of turbulent combustion of alternative fuels can be reached only if a detailed multi-component description of the liquid and gas mixtures is considered. The objective of this thesis is to contribute to the unsteady modeling of spray flames where complex multi-component phenomena occur : differential evaporation, multi-species mixing, gas phase chemical reactions. To this aim, the fuel is treated as a set of multi-component mixtures, which may be different in the liquid and gas phases depending on the required accuracy. Different models for the aforementioned phenomena are available in the literature, and the main challenge is the coupling of these different approaches and their validation in realistic and complex conditions. First, the chosen multi-component approach for the gas phase, based on the transport of a large number of species and on finite-rate chemistry, is validated for premixed flames. The expanding spherical flame configuration was chosen to study the flame consumption speed, which is an important parameter in combustion. In collaboration with the experimental team at the CORIA laboratory, a flame consumption speed formalism is established for non-confined and confined spherical expanding flames. This formalism enables to have a precise comparison of experimental and numerical results for methane/air and iso-octane/air flames and to validate the gas phase models. Second, we focused on the physical process of evaporation. The multi-component evaporation model of Abramzon-Sirignano is implemented in the YALES2 flow solver based on a point-particle approach for the fuel droplets. This model is adapted to enable the description of single- or multi-component evaporation with or without differential evaporation. As such, the model is capable of dealing with various fuel surrogates. The evaporation model is compared to the Spalding model and validated on experimental results of Chauveau et al. [33], Nomura et al. [158], Ghassemi et al. [82] and Daïf et al. [47] for a single component droplet and then two-component isolated droplet with and without convection. Finally, the 3D Large-Eddy Simulation (LES) of a complex n-heptane/air spray flame is conducted with analytical reduced chemistry (ARC, [169, 205]). This flame was experimentally studied at the CORIA laboratory with high fidelity diagnostics to characterize the flame structure and provide quantitative data such as gas-phase velocity and temperature as well as local droplet size and velocity distributions. Comparison with the experimental data [225] and with the simulations carried out within the framework of the 6th Workshop on Turbulent Combustion of Spray, shows that the current LES accurately reproduce the gas flow and properties of the dispersed phase. This configuration paves the way for the simulation of even more complex spray flames with multi-component fuels

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Belliard, Angélique. "Etude expérimentale de l'émission sonore des flammes turbulentes". Aix-Marseille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX11009.

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Cette these porte sur l'emission sonore des flammes turbulentes de premelange de propane/air et plus particulierement sur le bruit lie aux fluctuations temporelles de surface de flamme. La premiere partie de ce travail est consacree a l'etude de bruleurs permettant de controler la turbulence et par suite les plissements des fronts de flamme. Un bruleur de type jet turbulent a ete retenu. L'ecoulement avec et sans combustion est etudie a l'aide des mesures d'anemometrie doppler laser. Les caracteristiques statistiques de la flamme sont obtenues par tomographie laser et les mesures de pression acoustique sont realisees grace a un microphone calibre. Les parametres de controle sont: l'echelle integrale et l'intensite de turbulence, la richesse du melange, le debit de gaz et la vitesse de combustion laminaire. Dans la deuxieme partie, les resultats des mesures acoustiques sont compares aux modeles theoriques de clavin-siggia (1991), strahle (1985) lorqu'il y a suffisamment d'echelles de plissement du front, il est montre que les puissances mesurees peuvent etre du meme ordre de grandeur que les puissances calculees et que les variations en fonction des differents parametres prevues par les modeles sont observees. Au-dela d'une certaine frequence, le spectre d'emission sonore suit une loi de puissance dont l'exposant varie avec la richesse entre -5/2 et -7/2, alors que le modele clavin-siggia conduit a une valeur constante egale a -5/2. Par ailleurs, l'existence d'un bruit haute frequence obeissant a la meme loi de puissance, n'est pas decrite par le modele. Il semble donc que d'autres mecanismes de generation du son sont a prendre en compte comme la disparition brutale des poches et des langues de gaz frais, les phenomenes d'extinction et de rallumage ou encore le developpement de l'instabilite de landau due a l'expansion des gaz

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Ga, Bui Van. "Contribution à l'étude des flammes pariétales turbulentes de diffusion". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1989. http://www.theses.fr/1989ECDL0011.

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Afin d'améliorer la connaissance sur la combustion et les transferts thermiques dans le moteur diesel, une étude globale des flammes pariétales turbulentes de diffusion a été effectuée. Le système d'équations fondamentales qui décrit cette flamme est tout d'abord établi. Certains modèles de turbulence font apparaître des solutions pour les champs de vitesse, d'enthalpie et de concentrations dans la couche limite. La décomposition du coefficient de transfert de chaleur en partie inerte et partie réactive est possible en résolvant l'équation d'énergie avec un terme de chaleur de réaction. Une méthode de corrélation pour mesurer la vitesse moyenne et une méthode de mesure du flux de chaleur surfacique par analyse de la seule température de paroi sont développées. Les champs physiques de la flamme pariétale sont décrits par des échelles d'épaisseur, vitesse et température maximales évoluant en lois de puissance en fonction de la distance radiale. Les lois logarithmiques et la loi en puissance 1/7 décrivent mal les profils de vitesse et d'enthalpie dans la couche limite de flamme pariétale. La solution de Deissler, basée sur l'hypothèse de Von Karman, reproduit bien les profils mesures. Quelques caractéristiques de la turbulence sont déduites de l'analyse des fluctuations de température. Les influences de différents paramètres sur les champs physiques de la flamme sont étudiées, en particulier la température de paroi. Une formulation d'un nombre de Nusselt est obtenue.

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Delhaye, Benoït. "Etude des flammes de diffusion turbulentes : simulations directes et modélisation". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1994. http://www.theses.fr/1994ECAP0396.

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La simulation numérique directe est utilisée dans cette thèse pour étudier les flammes de diffusion turbulentes. Les simulations ont été réalisées dans deux configurations distinctes, une couche de mélange et un écoulement turbulent homogène et isotrope. L'objectif général de ce travail est l'étude détaillée des notions introduites par les modèles de flammelettes et en particulier par le modèle de flamme cohérente. Les résultats obtenus sur les taux de réaction le long du front de flamme et sur la densité de surface de flamme montrent qu'une modélisation fondée sur le concept de flamme cohérente est satisfaisante

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Trouvé, Arnaud. "Instabilités hydrodynamiques et instabilités de combustion de flammes turbulentes prémélangées". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1989. http://www.theses.fr/1989ECAP0097.

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Etude des modes de combustion instable observes sur une maquette de statoréacteur ou l'instabilité est le résultat d'interactions complexes entre la dynamique de l'écoulement dans la zone de réaction, les processus de dégagement de chaleur et le comportement acoustique du système confine. Etude des modes hydrodynamiques au cours d'un régime de combustion stable

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Baum, Markus. "Etude de l'allumage et de la structure des flammes turbulentes". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1994. http://www.theses.fr/1994ECAP0333.

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Ce document présente les résultats d'une étude numérique et théorique des flammes prémélangées. Les sujets abordés sont l'allumage des flammes et l'interaction entre front de flamme et turbulence homogène isotrope dans des configurations bidimensionnelles. Un des objectifs poursuivis était d'envisager la faisabilité d'une simulation directe complète d'un écoulement réactif turbulent avec chimie et modèles de transport complets. De façon générale, on constate que cet objectif est aujourd'hui réalisable et on présente ici un certain nombre d'applications. Un algorithme de simulation directe (DNS) a été développé dans le cadre de ce travail pour aborder ces problèmes. L'algorithme, initialement développé pour traiter des schémas cinétiques simplifiés est ensuite étendu aux schémas cinétiques plus détaillés avec des propriétés de transport réalistes (avec l'utilisation de CHEMKIN et TRANSPORT). Cet algorithme a permis tout d'abord d'étudier l'allumage de flammes prémélangées avec un schéma cinétique simple. Nous nous sommes intéressés au mécanisme qui contrôle l'allumage dans des écoulements turbulents. Dans une première approche, nous avons étudié l'allumage par déposition d'énergie dans des écoulements a flux massique imposé en configuration bidimensionnelle. Les délais et les temps minimaux d'allumage sont déterminés en fonction de la puissance de chauffage et du flux. Les rayons critiques des noyaux de flamme sont aussi examinés. Un modèle simple est enfin présenté pour représenter ces résultats. Dans une seconde étude nous avons considéré l'interaction entre front de flamme et turbulence homogène isotrope dans une configuration bidimensionnelle. Cette étude est réalisée pour des flammes hydrogène-air représentées par un schéma cinétique a 9 espèces et 19 réactions. Une flamme plane, stationnaire, laminaire, non-étirée, adiabatique est superposée a un champ de vitesse déterminé sur la base d'un spectre d'énergie du type Von Karmann-Pao. L'observation de l'évolution du front de flamme a permis d'établir une description qualitative ainsi que les propriétés statistiques de ce type de flamme.

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Galley, David. "Etude de la stabilisation de flammes turbulentes prévaporisées prémélangées pauvres". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2006. http://www.theses.fr/2006ECAP1008.

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La combustion prévaporisée prémélangée pauvre est un axe de recherche important pour la réduction des émissions polluantes, notamment dans les turbines à gaz. Le principe de ces foyers est d'optimiser la combustion en mélangeant aussi parfaitement que possible le combustible avec l'air avant combustion. Le contrôle du mélange permet de limiter la température de flamme et donc la production d’oxydes d’azote (NOx). Toutefois, ces foyers connaissent diverses limitations. Notamment, la stabilisation sur une large gamme de fonctionnement représente un enjeu majeur pour leur exploitation industrielle. La flamme pouvant se propager en tout point du mélange, dans les limites d'inflammabilité, elle risque de remonter jusqu'au système d'injection. On parle alors de « flashback ». Ceci peut conduire à son usure prématurée, voire à sa destruction. Nous proposons une étude expérimentale, à l’aide de diagnostics optiques avancés, et numérique d'un foyer prévaporisé prémélangé pauvre de 300 kW. De nombreux diagnostics ont été mis en œuvre dans la partie expérimentale : anémométrie laser Doppler, fluorescence induite par laser, imagerie par caméra ultra-rapide. A partir de ces résultats expérimentaux, nous proposons un scénario de stabilisation permettant de proposer des améliorations. Nous reproduisons également ce scénario par simulation aux grandes échelles. En parallèle, nous avons étudié une méthode originale de stabilisation de flammes par plasma. Nous avons montré la possibilité d'améliorer la stabilisation en régime très pauvre d'un brûleur prémélangé turbulent de faible puissance (20 kW), afin d'étendre sa plage de fonctionnement dans des régimes à faibles émissions
Lean premixed prevaporized combustion is an important research orientation for the reduction of pollutant emissions, especially in gas turbines. The principle is to optimize combustion by mixing fuel and air as perfectly as possible before combustion. The control of the mixture makes possible to limit the flame temperature and thus the production of nitrogen oxides (NOx). However, these burners undergo various limitations. In particular, stabilization over a broad range of operations represents a major stake for their industrial exploitation. The flame being able to propagate at any points where the mixture is within ignition limits, it is likely to go up to the injection system. This phenomenon, called “flashback”, can thus lead to serious damages or the destruction of the injection systemAn experimental and numerical investigation of a 300 kW lean premixed prevaporized burner is proposed. Many advanced optical diagnostics were implemented: laser doppler anemometry, laser induced fluorescence on OH radicals and acetone vapor, or imaging using a high-speed camera. From these experimental results, a scenario for flame stabilization has been proposed which allows us to propose some improvements. These stabilization mechanisms of have also been reproduced by large eddy simulation. In parallel, an original method for flame stabilization has been studied: plasma assisted combustion. The possibility of improving stabilization in very lean modes of a turbulent premixed burner (20 kW) has been showed, in order to extend its operating range to weak emissions regimes

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Dumont, Jean-Paul. "Etude de la structure spatiale de flammes turbulentes par laser". Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37604738z.

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Degardin, Olivier. "Effets des Hétérogénéités de Richesse sur la StructureLocale des Flammes Turbulentes". Phd thesis, INSA de Rouen, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00137911.

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Dans beaucoup de situations réelles, qui vont du domaine des transports (moteurs fusée, avions et automobiles), en passant par la production d'électricité (centrale thermique) ou encore de la thermique (chaudière, fours industriels, foyers domestiques...), le prémélange turbulent entre l'air et la combustible conduit généralement à une hétérogénéité du mélange. En conséquence, la richesse du mélange est variable à la fois dans le temps et dans l'éspace, produisant une combustion sous la forme de flamme partiellement prémélangées, loin des cas classiques prémélangé et de diffusion. Dans cette thèse, on s'intéresse plus particulièrement aux effets des hétérogénéités de richesse sur la structure locale (en terme de courbure, d'épaisseur, d'étirement, de plissement, de fraction molaire de combustible) de ce type de flamme. Deux configurations expérimentales, stationnaire et instationnaire (présentant chacune leurs avantages) sont alors étudiées. Une méthode expérimentale est proposée afin de mesurer simultanément la température de la flamme et la fraction molaire, dont son originalité repose sur sa capacité à corriger l'influence de la température sur l'efficacité des mesures de PLIF sur acétone. L'étude des flammes laminaires montre que la flamme est fortement influencée par la stratification, notamment en terme de configuration géométrique pour la flamme instationnaire. Mais aussi du point de vue de l'épaisseur pour la flamme stationnaire. L'évolution de l'épaisseur en fonction de l'étirement présente une modification notable avec un changement de pente en fonction du nombre de Lewis. De plus, il est montré que la flamme se propage dans un milieu très pauvre (en dessous des limites d'inflammabilités) du fait du soutien de la flamme dû au réservoir chimique et thermique induit.
L'étude du comportement est poursuivie dans la seconde partie, pour deux turbulences de grilles données, où la comparaison est effectuée entre des flammes de prémélanges homogènes et hétérogènes, et ce pour différentes fractions molaires de combustible et niveaux de fluctuations. Elle montre qu'il existe une modification de la structure de la flamme non seulement par l'étirement local mais aussi par les variations de la vitesse de flamme avec la composition du mélange. Ceci introduit un étirement additionnel Kpp non négligeable notamment lorsque la richesse le long du front de flamme est faible.

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Hilka, Martin. "Simulation numérique directe et modélisation de la pollution des flammes turbulentes". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1999. http://www.theses.fr/1998ECAP0640.

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Cette thèse a pour objectif d'améliorer les connaissances et les modèles de la combustion turbulente prémélangée et en particulier de la formation des polluants dans les flammes turbulentes. Basée sur une approche de simulation numérique directe, bâtie autour du code NTMIX-CHEMKIN et en tenant compte de cinétiques chimiques complexes, nous avons étudié, d'une part, l'interaction d'une flamme de prémélange plane avec une paire de tourbillons, d'autre part, l'interaction flamme turbulence sur la base d'une turbulence homogène isotrope bidimensionnelle. Les résultats de ces études montrent l'inadéquation de certains schémas cinétiques pour la description de l'interaction flamme-tourbillons et donc, à fortiori, pour l'interaction flamme-turbulence. On trace également l'évolution de grandeurs caractéristiques telles que le taux de dégagement de chaleur et l'émission lumineuse au cours de l'interaction. L'étude de flammes turbulentes montre le rôle du monoxyde de carbone en tant qu'intermédiaire clé entre l'oxydation du combustible méthane et la formation du dioxyde de carbone. On observe également que la formation instantanée du monoxyde d'azote no dans une flamme turbulente suit la même dépendance de la température que celle d'une flamme laminaire et peut donc être modélisée en faisant intervenir la fonction de densité de probabilité de la température de l'écoulement turbulent. Par ailleurs, l'analyse statistique des flammes avec une cinétique chimique complexe montre qu'il n'est pas possible d'obtenir les propriétés représentatives d'une surface de flamme à partir d'un seul iso-contour d'une variable caractéristique. L'exploitation de résultats de simulation numérique directe pour ce type de modèles de combustion nécessite l'introduction de grandeurs globales, définies ici par intégration perpendiculaire au front de flamme.

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Reveillon, Julien. "Simulation dynamique des grandes structures appliquée aux flammes turbulentes non-prémélangées". Rouen, 1996. http://www.theses.fr/1996ROUES071.

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Ce travail de thèse a été consacré à la simulation des grandes structures appliquée aux flammes turbulentes non-prémélangées. Après une étude bibliographique générale, le choix d'un modèle de sous-maille dynamique dont les paramètres s'ajustent automatiquement aux contraintes locales de l'écoulement a été effectue. La méthode de détermination des coefficients dynamiques a fait l'objet d'une attention particulière une formulation statistique, introduisant l'approche fonction densité de probabilité de sous-maille (SGPDF) a été proposée pour la modélisation de la combustion. Dans un premier temps, les SGPDF ont été présumées de manière analytique, ensuite, l'équation de transport des SGPDF a été formulée. Un modèle dynamique pour le terme de mélange aux petites échelles a été propose et testé. Les résultats sont très encourageants et, par ailleurs, ce modèle de mélange permet aussi de déterminer le temps de mélange turbulent de l'espèce chimique considérée. Ce temps étant en général le point clef de tout modèle de combustion.

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Tirtoatmodjo, Rahardjo. "Caractérisation par pyrométrie polychromatographique des flammes de diffusion turbulentes monophasiques et diphasiques". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1993. http://www.theses.fr/1993ECDL0050.

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Afin de caractériser les propriétés optiques des flammes de diffusion turbulentes fuligineuses, deux méthodes optiques non intrusives, délivrant des mesures instantanées, ont été mises en place. La première basée sur la diffusion de la lumière par les particules de suie est utilisée pour la mesure locale de leur diamètre et de leur concentration en s'appuyant sur la théorie de Mie. La deuxième, la pyrométrie à trois longueurs d'onde basée sur l'évolution chromatique de la flamme, délivre dans le cadre de cette même théorie, et pour l'ensemble de la traversée optique visée, la mesure du diamètre, de la température et du produit de la fraction volumique par la longueur de la traversée optique. Les implications de sa simplification sous forme de pyrométrie à deux longueurs d'onde, par l'utilisation de théorie de Rayleigh, sont précisées. Appliquée à une flamme libre monophasique de propane ainsi qu'à une flamme diphasique de gazole, ces méthodes ont permis de mesurer et de suivre l'évolution de la taille, de la température et de la concentration des particules en fonction de la hauteur dans la flamme. Les résultats délivrés par les deux méthodes font ressortir une très bonne concordance entre les mesures de diamètre obtenues par pyrométrie à trois longueurs d'onde et celles fournies par la méthode de diffusion de la lumière, montrant ainsi l'intérêt de la méthode polychromatique, beaucoup plus simple à mettre en œuvre. En ce qui concerne la caractérisation des flammes, il ressort de l'étude comparative effectuée qu'en raison du délai d'évaporation de la phase liquide la suie se forme beaucoup plus haut dans la flamme diphasique que dans celle monophasique. Un modèle de production de suie propose par Morel a été adapté a nos flammes en reliant les évolutions temporelles des paramètres a leur évolution axiale. Des mesures complémentaires de la température par thermocouple, de la vitesse par ADL et de la concentration par chromatographie ont complété les données précédentes pour permettre la validation de ce modèle et contribuer en même temps ainsi a la constitution d'une base de données relativement complète pour ces deux types de flammes

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Kalmthout, Eric van. "Stabilisation et modélisation des flammes turbulentes non-prémélangées : étude théorique et simulation directe". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1996. http://www.theses.fr/1996ECAP0528.

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EL, RHANNI BEN DJOUADI NADIA. "Contribution a l'etude des flammes de diffusion turbulentes a nombre de froude modere". Poitiers, 1987. http://www.theses.fr/1987POIT2115.

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On etudie des flammes turbulentes de type jet reactif ou les forces de gravite prennent une importance croissante, obtenues a l'aide d'un bruleur de 8mm de diametre alimente en propane, pour des puissances de 10 et 2,8 kw. Un modele bidimensionnel parabolique, de ce type de flamme a ete mis au point a partir d'un programme de calcul de jet turbulent axisymetrique stationnaire

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Ditaranto, Mario. "Caractérisation expérimentale du comportement des flammes non-prémélangées turbulentes gaz naturel - oxygène pur". Rouen, 1998. http://www.theses.fr/1998ROUES094.

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Dans une flamme non-prémélangée, la substitution de l'oxygène pure à l'air de combustion provoque une modification des propriétés de la combustion en terme de température adiabatique et consommation énergétique. De plus, l'absence d'azote dans l'oxydant évite la production des oxydes d'azotes (NOx). L'application de l'oxy-combustion aux fours industriels de verrerie constitue une évolution par rapport aux systèmes à air préchauffé. Nous avons étudié expérimentalement l'oxy-combustion du gaz naturel développée en aval d'un brûleur coaxial à ouvreau conique et cylindrique. Les conditions dynamiques initiales ont été variées en modifiant le rapport des quantités de mouvement initiales des jets de gaz naturel et d'oxygène tout en conservant une puissance de 25kW. Afin de placer l'étude proche des conditions de fonctionnement industrielles, les flammes étaient confinées dans une chambre de combustion à parois chaudes, dont on pouvait contrôler les températures de parois et les concentrations d'oxygène et CO2 dans les fumées. L'objet de l'étude est de caractériser l'oxy-combustion à l'aide de la vélocimétrie Doppler laser à deux composantes, l'imagerie de l'émission spontanée du radical OH, la strioscopie, la tomographie laser par diffusion des particules ensemencées dans l'écoulement et la mesure locale de concentrations de CO2, CO, O2 et NO. Les données recueillies constituent une source d'informations sur le développement dynamique et les interactions entre la turbulence et la zone de réaction. Les différentes méthodes de visualisation montrent également les instabilités à grande échelle se formant dans les flammes de taille semi-industrielle. La synthèse des résultats obtenus permet d'établir les caractéristiques géométriques des flammes, les schémas structurels ainsi que les propriétés turbulentes caractérisant le mélange dans les flammes non-prémélangées à haute température, en fonction du rapport des quantités de mouvement initiales.

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El, Rhanni Nadia. "Contribution à l'étude des flammes de diffusion turbulentes à nombre de Froude modéré". Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb376093293.

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Cailler, Mélody. "Mécanismes chimiques virtuels optimisés pour la prédiction des polluants dans des flammes turbulentes". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC084/document.

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La nature conflictuelle des contraintes de performances, d'opérabilité et de respect des normes environnementales conduit les motoristes à optimiser finement la géométrie du brûleur afin d'identifier le meilleur design.La Simulation aux Grande Echelles (SGE) est aujourd'hui un outil performant et est déployé de manière courante dans les Bureaux d'Etudes pour la prédiction des propriétés macroscopiques de l'écoulement.Toutefois, de nombreux phénomènes influencés par les effets de chimie complexe, tels que la stabilisation, l'extinction de flamme et la formation des polluants, reste un problème crucial.En effet, la description des effets de chimie complexe nécessite l'utilisation de modèles cinétiques détaillés imposant des coûts de calculs prohibitifs, des problèmes de raideurs numérique et des difficultés de couplage avec les échelles non résolues turbulentes.Afin d'inclure une description des processus chimiques, dans les simulations numériques de chambres de combustion réelles, des modèles réduits doivent être proposés.Dans cette thèse, une méthode originale, appelée chimie virtuelle optimisée, est développée.Cette stratégie a pour objectif la description de la structure chimique de la flamme et la formation des polluants dans des configurations de flamme représentatives.Les schémas cinétiques virtuels optimisés, composés de réactions virtuelles et d'espèces virtuelles, sont construits par optimisation des paramètres réactionnels et des propriétés thermochimiques des espèces virtuelles afin de capturer les propriétés de flamme d'intérêt
The conflicting nature of performance, operability and environmental constraints leads engine manufacturers to perform a fine optimization of the burner geometry to find the best design compromise.Large Eddy Simulation (LES) is an attractive tool to achieve this challenging task, and is routinely used in design office to capture macroscopic flow features.However, the prediction of phenomena influenced by complex kinetic effects, such as flame stabilization, extinction and pollutant formation, is still a crucial issue.Indeed, the comprehensive description of combustion chemistry effects requires the use of detailed models imposing prohibitive computational costs, numerical stiffness and difficulties related to model the coupling with unresolved turbulent scales.Reduced-cost chemistry description strategies must then be proposed to account for kinetic effects in LES of real combustion chambers.In this thesis an original modeling approach, called virtual optimized chemistry, is developed.This strategy aims at describing the chemical flame structure and pollutant formation in relevant flame configurations, at a low computational cost.Virtual optimized kinetic schemes, composed by virtual reactions and virtual species, are built through optimization of both kinetic rate parameters and virtual species thermo-chemical properties so as to capture reference target flame quantity

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Cuenot, Bénédicte. "Étude asymptotique et numérique de la structure des flammes de diffusion laminaires et turbulentes". Toulouse, INPT, 1995. http://www.theses.fr/1995INPT001H.

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Les flammes de diffusion turbulentes sont le mecanisme de combustion de nombreux systemes propulseurs (statoreacteur supersonique par exemple). Dans de tels systemes, le combustible et l'oxydant sont amenes separement dans la chambre de combustion. A l'endroit ou les deux flux entrent en contact se cree une interface, dont la position et l'epaisseur dependent des conditions aux limites, de la cinetique chimique et des vitesses de diffusion. C'est dans cette zone que se melangent par diffusion les deux reactifs et que s'allume eventuellement la flamme. Dans de tels systemes, le rendement de combustion, directement lie a la cinetique chimique mais aussi a l'efficacite de melange, est nettement augmente par la turbulence. Au cours du travail presente, deux approches complementaires sont utilisees pour etudier ce phenomene: une approche theorique d'une part (methode asymptotique), et une approche numerique d'autre part (simulation numerique directe). A cause des cinetiques chimiques tres rapides rencontrees dans la plupart des systemes propulseurs (combustion de l'hydrogene dans le cas du statoreacteur supersonique par exemple), la zone de reaction situee a l'interface des deux flux est tres mince par rapport aux autres echelles caracteristiques du systeme. Une analyse asymptotique nous permet de calculer une solution approchee, construite sur un nombre adimensionnel caracteristique, le nombre de damkohler. La simulation numerique directe permet de calculer des flammes de diffusion laminaires ou turbulentes dans des geometries simples, par la resolution directe des equations de conservation, sans modele de turbulence, ni hypothese d'equilibre chimique. Ces calculs apportent des informations locales et instantanees sur les interactions entre la flamme et la turbulence, en meme temps qu'une etude statistique globale utile a la modelisation. Enfin, la comparaison des solutions issues des deux methodes-theorique et numerique- permet une validation reciproque dans le cas de la flamme de diffusion laminaire monodimensionnelle. Apres avoir verifie la bonne correspondance entre les deux solutions, on utilise cette methode de comparaison pour evaluer les effets de courbure et d'instationnarite, d'abord dans une configuration d'interaction flamme-paire de tourbillons, ensuite dans une configuration de flamme turbulente, aboutissant a des diagrammes de regime de combustion turbulente

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Tabet, Fouzi. "Contribution à la modélisation et à la simulation numériques des flammes turbulentes non-prémélangées". Orléans, 2007. http://www.theses.fr/2007ORLE2071.

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Il a été démontré que l’ajout d’une certaine proportion d’hydrogène aux hydrocarbures permet d’améliorer les performances de la combustion (amélioration de la stabilité, réduction de la pollution, etc. ). Il est important de bien identifier les caractéristiques de combustion de ces combustibles composés dans différentes conditions opératoires afin de pouvoir les utiliser efficacement dans les systèmes pratiques de production d’énergie. L’approche expérimentale demeure limitée à certaines conditions opératoires du fait des coûts que peut engendrer sa mise œuvre. En revanche, la simulation numérique peut constituer une solution plus appropriée compte tenu des avancées réalisées en matière de puissance de calcul et de modélisation. Cependant, il est nécessaire, au préalable, de s’assurer du bon comportement de l’outil numérique dans plusieurs cas tests. Dans ce contexte, l’effet de l’ajout de H2 sur la structure de la flamme et la formation des polluants est étudié dans ce travail. La relation reliant la longueur de la flamme, la perte de chaleur radiative, les émissions de CO2, de CO, de NO et de suie au pourcentage d’hydrogène dans le mélange combustible est caractérisée. Les validations ont porté sur plusieurs configurations de jets turbulents à masse volumique variable et de flammes de diffusion turbulente caractérisées par différents rapports de densité et de vitesses à l’injection. Les résultats de l’addition de H2 ont permis de noter une augmentation de l’efficacité du mélange, une élévation de la température maximale, une diminution des fractions massiques de CO et de CO2, une augmentation de la production de NO et une réduction des quantités de suies émises.

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Tourniaire, Bruno. "Simulation numérique des flammes turbulentes de prémélange et de diffusion : Application aux foyers aéronautiques". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1995. http://www.theses.fr/1995ECDL0032.

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L'etude des ecoulements turbulents reactifs est le principal objectif de cette these. Nous presentons dans ce travail un modele de combustion turbulente de type pdf presumee, le modele cle (combustion limitee par l'equilibre). Ce dernier permet la simulation des flammes de diffusion et de premelange: il est donc particulierement bien adapte a l'etude des configurations industrielles dans lesquelles la complexite de l'ecoulement fait que la flamme conserve rarement une nature identique (premelange ou diffusion). Afin d'evaluer les performances et les limites de ce modele, nous etudions egalement une version du modele de flamme coherente pour la combustion premelangee et le modele probabiliste eulerien-lagrangien peul pour la combustion non-premelangee. Ces modeles ont ete introduits dans le code natur. L'approche numerique utilisee repose sur une discretisation en temps semi-implicite et sur une discretisation spatiale en elements finis. Les simulations de flammes de premelange et de diffusion avec differents modes de stabilisation montrent les possibilites du modele cle, en particulier l'aptitude a predire indifferemment les flammes de premelange et de diffusion. Les memes configurations, testees avec les modeles precedemment cites, ont revele ses limites: absence de prise en compte des effets de cinetique chimique, en raison de la conclusion positive tiree a l'issue de ces etudes, le modele cle est utilise pour la simulation de l'ecoulement reactif dans un foyer aeronautique
The main purpose of this work is the study of turbulent reacting flows. A "presumed Pdf" model named CLE (Combustion Limited by Equilibrium) is presented here. This model enables the simulation of both premixed and non-premixed flames : it suits particularly well to the study of industrial devices where given the complexity of the flows both kind of flames may exist. In order to assess the performances and the limitations of this model, the coherent flame model for premixed combustion as well as the probabilistic Eularian Lagrangian model PEUL for non premixed combustion are also analysed. These models have been implemented in the code NATUR. The numerical approach is based on a semi-implicite time scheme and a finite elements method. Numerical simulations of premixed and non-premixed flames with different stabilization ways show the possibilities of the model CLE, especially its ability to predict both types of flames. The same devices, studied with the other models, have revealed its limitations : lack in predicting kinetics effects,. . . Given the positive conclusions of this work, the CLE model is used for the simulation of a turbulent reaction flow in a jet engine combustor

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Tessé, Lionel. "Modélisation des transferts radiatifs dans les flammes turbulentes par une méthode de Monte Carlo". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2001. http://www.theses.fr/2001ECAP0739.

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Un nouvel outil numérique, destiné au calcul des transferts radiatifs dans les chambres de combustion, a été développé. L'équation de transfert du rayonnement est résolue de façon stochastique par trois approches différentes de la méthode de Monte Carlo : une formulation classique et deux approches originales basées sur le principe de réciprocité, qui n'est pas considéré seulement du point de vue géométrique, mais aussi du point de vue énergétique. Afin de réduire la variance des résultats, l'absorption est calculée de façon déterministe. Les propriétés radiatives des gaz sont traitées de façon corrélée par un modèle CK. Des calculs de validation, en milieux diffusants ou non, ont montré que l'approche classique est plus adaptée aux milieux non optiquement épais caractérisés par de forts écarts de température, alors que les deux autres méthodes sont plus adaptées aux milieux optiquement épais ou quasi-isothermes. Les résultats des trois approches sont obtenus simultanément avec un seul calcul. Le temps de calcul est égal à celui nécessaire à l'obtention des résultats à partir d'une seule méthode. La solution optimale consiste à retenir, en chaque maille, le meilleur des trois résultats. La modélisation de l'interaction rayonnement/turbulence repose sur le découpage d'un chemin optique en une succession de structures turbulentes cohérentes indépendantes, supposées homogènes, isothermes et de tailles égales à l'échelle de longueur intégrale de la turbulence. Ce modèle a été appliqué à une flamme turbulente de diffusion contenant des suies. La prise en compte de l'interaction rayonnement/turbulence se traduit par une relative homogénéisation du champ de puissance radiative volumique et par une augmentation de 37% de la perte radiative totale de la flamme. La contribution des suies à cette perte est de 65%. La taille des structures turbulentes cohérentes et la constante du coefficient d'absorption des suies ont une influence importante sur cette perte.

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Paubel, Xavier. "Analyse expérimentale des oxy-flammes turbulentes non-prémélangées de gaz à faible pouvoir calorifique". St Etienne du Rouvray, INSA, 2007. http://www.theses.fr/2007ISAM0024.

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L'utilisation de combustibles à faible pouvoir calorifique, comme les gaz de rejets industriels ou les gaz dérivés du charbon ou de la biomasse, est une solution envisagée pour répondre à l'épuisement des ressources énergétiques fossiles traditionnelles, comme le gaz naturel et le pétrole. Les compositions variées de ces combustibles dans un domaine de faible PCI posent des problèmes cruciaux de stabilité de flammes et d'émissions polluantes. Un brûleur quadri-coaxial de 25kW a ainsi été conçu pour opérer avec des mélanges combustibles variés de gaz à faible PCI à l'aide d'un gaz d'appoint à plus fort PCI et d'oxygène comme comburant. Il se compose, du centre à la périphérie, d'injections successives d'oxygène (O2i), de gaz de haut fourneau (BFG), de méthane (CH4) et d'oxygène (O2e). La grande variété de flammes ainsi générées a été classée en différents modes de combustion. La flamme pilote CH4-O2e générée est toujours accrochée au nez de l'injection et garantit ainsi la stabilité de l'ensemble. La flamme centrale O2i-BFG peut rester accrochée au brûleur (type 1), ou se décrocher (type 2) et former une zone de réaction annulaire de type diffusion (type 2a) ou non-annulaire de type pré-mélangée (type 2b), ou enfin disparaître (type 3). Ces structures de flamme ont été caractérisées ^par imagerie et spectroscopie de chimiluminescence. Les champs aérodynamiques des écoulements réactifs et non-réactifs, ainsi que les champs de fraction de mélange non-réactifs ont été mesurés par PIV et PLIF. L'ensemble de ces résultats a permis de mettre en avant des échelles de longueur et de vitesse pertinentes pour la détermination de critères de stabilité sur la géométrie de ces flammes. La transition entre le type 1 et les autres est pilotée par une compétition entre la chimie de O2i-BFG et leur mélange organisé par les grandes structures. La transition entre les types 2a, 2b et 3 est décrite par le mélange de jets coaxiaux O2i-BFG et le rapport de leurs vitesses. Les paramètres déterminés à l'échelle du laboratoire ont ensuite été corroborés à l'échelle semi-industrielle de 500 kW.

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Maurey, Christophe. "Etude expérimentale de la stabilisation et du soufflage des flammes de diffusion turbulentes suspendues". Rouen, 2001. http://www.theses.fr/2001ROUES001.

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Ce travail porte sur l'étude expérimentale de la stabilisation et du soufflage des flammes de diffusion turbulentes suspendues au-dessus d'un injecteur. Dans la première partie de ce travail, nous avons utilisé la fluorescence induite par laser sur le radical OH, pour effectuer une étude paramétrique et statistique sur les hauteurs et les rayons d'accrochage de la flamme suspendue. Les résultats ont montré que le comportement moyen de la flamme, est lié aux mouvements des grosses structures dans le jet turbulent. Dans la seconde partie, nous avons couplé la fluorescence induite par laser sur le radical OH avec la vélocimétrie par images de particules, afin de caractériser les propriétés dynamiques en amont de la flamme. A partir des images de fluorescence de OH, nous avons mis en évidence l'existence d'une extrémité propagative à la base de la flamme. Des mesures conditionnées de vitesses dans les gaz frais à la base de la flamme, ainsi qu'à la position de l'extrémité propagative montrent que la flamme stabilise dans une région où les vitesses de l'écoulement sont proches de la vitesse de propagation d'une flamme laminaire de prémélange. Dans la dernière partie, nous avons réalisé deux expériences afin d'étudier le mélange juste en amont de la base de la flamme. La première permet de calculer la richesse à la base de la flamme par analyse des intensités de chimiluminescence de radicaux. La seconde donne les valeurs de la fraction de mélange juste en dessous de la flamme à partir d'images de fluorescence d'un traceur injecté dans le jet central. Les résultats de ces deux investigations, tendent à prouver que le mélange inflammable en dessous de la base de la flamme devient de plus en plus pauvre lorsque la vitesse de sortie des gaz augmente. Les résultats de ces travaux ont permis de décrire les propriétés de la turbulence et du mélange de l'écoulement à la base des flammes suspendues, et de fournir des données de validation aux codes de calcul numérique.

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Vachon, Marc. "Modélisation et étude expérimentale des flammes de diffusion turbulentes à bas nombre de FROUDE". Grenoble 2 : ANRT, 1986. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37601680r.

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Pavé, David. "Contribution à l'étude de la structure des flammes turbulentes de prémélanges pauvres de méthane-air". Phd thesis, Université d'Orléans, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00010987.

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Les flammes turbulentes de prémélange pauvre ont un intérêt fondamental et pratique. Ce travail étoffe leur connaissance (changements de structure, richesse, paramètres de turbulence).
Nous décrivons macroscopiquement la flamme par imagerie Mie avec les iso-c, l'épaisseur turbulente, l'échelle de plissements et la densité de surface de flamme. Nous étudions la structure du front de flamme instantané, la statistique de la courbure du front, l'épaisseur du front de flamme par imagerie Rayleigh. Nous caractérisons les épaisseurs thermiques (zone de réaction et de préchauffage) et déterminons la corrélation entre l'épaisseur et la courbure du front de flamme.
Nous confrontons nos données aux modèles de combustion turbulente de prémélange (BML et ceux basés sur la dissipation scalaire). Nous étudions les distributions des longueurs d'entrecroisement, et le taux de combustion. Nous comparons nos résultats à ceux obtenus dans la littérature par d'autres techniques de mesure.

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Boukhalfa, Abdelkrim. "Combustion a l'etude de la structure scalaire dans les flammes turbulentes premelangees du type bunsen". Orléans, 1988. http://www.theses.fr/1988ORLE2043.

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Determination des champs moyens et fluctuant de la masse volumique, des densites de probabilite, des hauteurs de flammes, des epaisseurs apparentes, des spectres de puissance, des echelles integrales et des frequences de passage du front de flamme. Comparaison des resultats experimentaux avec les preditions de modeles theoriques

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Michou, Yanick. "Etude expérimentale de flammes diphasiques turbulentes, partiellement prémélangées et prévaporisées d'un mélange pauvre heptane-air". Orléans, 2000. http://www.theses.fr/2000ORLE2050.

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Resumen

Cette étude porte sur une flamme turbulente diphasique de laboratoire, plus particulièrement sur le mode de combustion 3P ou LPP : prévaporisée, prémélangée, pauvre. Le dispositif mis au point permet d'étudier les effets de trois paramètres sur la structure de flammes diphasiques turbulentes partiellement prémélangées et prévaporisées d'un mélange pauvre heptane-air : la richesse globale du mélange, le temps de prévaporisation et la granulométrie initiale. L'anémométrie phase Doppler (PDA) a été utilisée pour la caractérisation expérimentale des champs dynamiques et granulométriques de l'écoulement diphasique réactif. Une attention particulière a été apportée à la validation des mesures par PDA. Une étude bibliographique et une série de tests nous ont permis de déterminer la configuration la mieux adaptée à nos conditions expérimentales et de s'assurer ainsi de la fiabilité des résultats. Dans un deuxième temps, la caractérisation des champs scalaires de température et du degré d'avancement de la réaction a été obtenue respectivement à l'aide d'un thermocouple et de la fluorescence induite par un laser (PLIF). Ensuite, nous avons proposé une méthode pour déterminer localement le taux moyen de vaporisation des gouttes à partir des mesures obtenues par PDA. La connaissance simultanée du taux de vaporisation, de la température et du degré d'avancement nous ont donc permis d'étudier le taux de vaporisation moyen local des gouttes d'heptane au sein d'un brouillard en combustion. Le degré d'avancement permettant notamment de comparer entre elles des flammes ayant des hauteurs différentes de par leur richesse. Nous avons pu comparer les taux, d'une part, à ceux obtenus pour une goutte isolée en atmosphère stagnante mais à température élevée, et d'autre part, à ceux obtenus pour une goutte isolée à température ambiante et soumise à une turbulence homogène isotrope. Enfin, nous avons déterminé le régime de combustion diphasique auquel appartient chaque flamme, ce qui nous a permis d'expliquer les résultats sur les taux de vaporisation.

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Joyeux, Daniel. "Etudes expérimentales et numériques de la production des suies dans des flammes de diffusion turbulentes". Rouen, 1993. http://www.theses.fr/1993ROUES049.

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Resumen

Ce travail concerne l'étude de la formation des suies dans les flammes d'hydrocarbure et l'influence de la turbulence sur celle-ci. Trois flammes d'éthylène, turbulentes, non prémélangées, de débit massique identique mais de vitesse débitante différente (uo=30 m/s, 6,3 m/s et 0,05 m/s) ont été étudiées expérimentalement. Les champs dynamiques ont été obtenus par anémométrie Doppler laser à deux dimensions. La construction de sondes optiques a permis la mesure instantanée et simultanée de la fraction volumique des suies et de la température. Les valeurs moyennes ont été comparées aux mesures obtenues en utilisant une méthode d'inversion optique et les valeurs fluctuantes aux mesures obtenues en utilisant une technique de corrélations de faisceaux croisés. Tous ces résultats permettent de compléter la bibliothèque de données expérimentales indispensables à la validation des modèles. La finalité de ce travail a été de créer un code de calcul permettant la simulation des flammes de diffusion turbulentes. La comparaison des modèles de formation des suies de Moss et de Lindstedt, insérés dans le code de calcul, montre que le second modèle donne un meilleur accord avec l'expérience lorsque l'on utilise une bibliothèque de relations entre la température d'équilibre et la fraction de mélange (variation de cette relation par rayonnement)

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Criner, Karine. "Stabilisation de flammes de diffusion turbulentes assistée par plasma hors-équilibre et par champ électrique". Rouen, 2008. http://www.theses.fr/2008ROUES026.

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Resumen

L’objectif de cette thèse est d’étudier le potentiel d’un plasma hors-équilibre à stabiliser des flammes-jets et à swirl. Les décharges impulsionnelles haute-tension à barrière diélectrique (55kV-200Hz-0. 6W) permettent de stabiliser efficacement des flammes-jets. Mais la production de radicaux par la décharge est insuffisante pour influencer la combustion. La stabilisation est due au champ électrique entraînant la dérive des ions de la flamme. La stabilisation des flammes est donc aussi grandement améliorée en appliquant une tension continue. Cette nouvelle configuration a aussi permis d’améliorer la stabilité de flammes de coflow et à swirl. Des mesures couplées PIV et LIF (OH et acétone) ont montré que sous la flamme, les champs de vitesse et de fraction de mélange ne sont pas modifiés, mais qu’avec un champ électrique, la flamme arrive à supporter des gradients de fraction de mélange plus élevés. Quand l’intensité du swirl augmente, l’effet du champ devient négligeable
This study aims at investigating the potential of a non-equilibrium plasma to stabilize jet and swirled flames. Jet-flames are efficiently stabilized by pulsed high-voltage dielectric barrier discharges (55kV-200Hz-0. 6W). But the production of radicals by the discharge is not sufficient to modify the combustion. Stabilization is then improved when applying a continuous high-voltage. Stability of coflow and swirled flames is also improved with this new configuration. Coupled measures of PIV and LIF (OH and acetone) shows that below the flame, velocity and mixture fraction fields are not modified, but with the electric field, the flame sustains a higher mixture fraction gradient. When swirl intensity increases, field effects become negligible

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Boukhalfa, Abdelkrim. "Contribution à l'étude de la structure scalaire dans les flammes turbulentes prémélangées du type Bunsen". Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37612189x.

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Oliveira, Annarumma Marcelo de. "Modélisation numérique et validation expérimentale des flammes de diffusion turbulentes dominées par les effets de gravité". Poitiers, 1989. http://www.theses.fr/1989POIT2322.

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Lors d'un incendie, les flammes de diffusion se developpant sur des surfaces combustibles sont caracterisees par une tres faible quantite de mouvement initiale, et l'ecoulement, souvent turbulent, est fortement influence par les effets gravitationnels. Dans ce travail, une modelisation mathematique des flammes de diffusion turbulentes representatives des cas d'incendie a ete developpee, en tenant compte des effets de gravite aussi bien sur les champs moyens de vitesse que sur les grandeurs turbulentes. Le modele a ete ensuite integre dans un code elliptique, specialement mis au point pour cette etude, et qui permet la description, en regime instationnaire, d'ecoulements bidimensionnels reactifs. Afin de creer une base de donnees utile aux modelisateurs, quatre configurations experimentales ont ete analysees. Elles simulent a l'echelle du laboratoire quatre configurations simples de feu de compartiment. Pour chaque configuration, les champs de vitesse et de temperature ont ete determines a l'interieur et au voisinage de la zone de flamme. Ces resultats experimentaux, ainsi que d'autres disponibles dans la litterature, ont servi a la validation du modele developpe. Les predictions du modele et les mesures ont ete ensuite comparees, et malgre la difficulte du probleme, les resultats sont tres satisfaisants; les facteurs limitant l'accord entre les mesures et les valeurs calculees ont ete egalement analyses. Les mesures de vitesse et temperature ont permis une description detaillee des ecoulements etudies, et se sont averees de grande utilite pour la validation des codes de calcul de feu de compartiment. Le modele developpe pourra aussi etre utilise en tant qu'outil de base pour tester d'autres formulations plus globales

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Sarh, Brahim. "Contribution a l'etude des jets turbulents a masse volumique variable et des flammes de diffusion turbulentes". Paris 6, 1990. http://www.theses.fr/1990PA066314.

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L'objectif de cette recherche est l'etude experimentale et theorique de l'influence d'une forte variation de la masse volumique sur la structure d'un jet turbulent rectangulaire. Cette variation de densite est obtenue d'une part, par un fort chauffage de l'ecoulement d'air d'un jet unique, et d'autre part, a partir de reaction chimique dans une flamme turbulente de diffusion. La structure du champ dynamique dans le jet est comparee entre le cas isotherme et fortement chauffe, alors que dans la flamme, elle est comparee entre le cas non reactif et reactif. En ce qui concerne le champ thermique dans le cas du jet, il est compare entre le cas faiblement chauffe et le cas fortement chauffe. Les techniques de mesure utilisees sont: l'anemometrie laser doppler pour l'etude du champ dynamique, la technique de l'anemometrie a fil froid pour l'etude du champ thermique dans les jets et la technique des thermocouples compenses pour l'etude du champ thermique dans la flamme. Dans le cas du jet, les equations statistiques sont obtenues par l'application de la moyenne de reynolds dans le cas du jet isotherme, et la moyenne de favre dans le cas du jet fortement chauffe. Ensuite, ces equations sont ecrites dans le cadre de l'approximation de couche limite, puis resolues numeriquement par une fermeture de type k, epsilon. Les resultats obtenus montrent que l'effet de la variation de la masse volumique est important. De meme, des differences de comportement sont observees entre le cas reactif et le cas fortement chauffe

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Chen, Jie. "Etude des effets de gravité et de pression sur les flammes de diffusion turbulentes représentatives d'incendie". Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2267.

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L'etude a pour objectif d'apporter une contribution a la comprehension des effets de gravite sur les flammes de diffusion turbulentes representatives d'incendie. Pour cela, un feu de nappe d'hydrocarbure de petite dimension (puissance calorifique de l'ordre du kilowatt, diametre egal a 6. 2 cm) est partiellement simule par l'injection d'un combustible gazeux (ethane) au travers d'une surface poreuse placee au sein d'une enceinte. L'influence de la flottabilite est etudiee au travers de la gravite (0. 2 a 12 g#0) et la pression (0. 3 a 3 atm) et evaluee sur la hauteur, la frequence de pulsation, la fraction d'energie rayonnee, ainsi que sur les distributions de vitesse et de temperature. Des modelisations du type froude et de pression sont utilisees pour interpreter les resultats experimentaux. Les resultats de cette etude contribuent a une meilleure evaluation des facteurs d'echelle pour des flammes de diffusion representatives d'incendie, et aident a la validation de certains aspects des modeles de froude et de la pression. Enfin les tendances obtenues dans les evolutions des caracteristiques de flamme devraient fournir des informations fondamentales pour la modelisation de telles flammes

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Yoshikawa, Itaru. "Développement d'un modèle de flamme épaissie dynamique pour la simulation aux grandes échelles de flammes turbulentes prémélangées". Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00545423.

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La simulation numérique est l'un des outils les plus puissants pour concevoir etoptimiser les systèmes industriels. Dans le domaine de la Dynamique des FluidesNumériques (CFD, "Computational Fluid Dynamics"), la simulation auxgrandes échelles (LES, "Large Eddy Simulation") est aujourd'hui largementutilisée pour calculer les écoulements turbulents réactifs, où les tourbillons degrande taille sont calculés explicitement, tandis que l'effet de ceux de petitetaille est modelisé. Des modèles de sous-mailles sont requis pour fermer leséquations de transport en LES, et dans le contexte de la simulation de la combustionturbulente, le plissement de la surface de flamme de sous-maille doitêtre modélisé.En général, augmenter le plissement de la surface de flamme de sous-maille favorisela combustion. L'amplitude de la promotion est donnée par une fonctiond'efficacité, qui est dérivée d'une hypothèse d'équilibre entre la production etla destruction de la surface de flamme. Dans les méthodes conventionnelles,le calcul de la fonction d'efficacité nécessite une constante qui dépend de lagéométrie de la chambre de combustion, de l'intensité de turbulence, de larichesse du mélange de air-carburant etc, et cette constante doit être fixée audébut de la simulation. Autrement dit, elle doit être déterminé empiriquement.Cette thèse développe un modèle de sous-maille pour la LES en combustionturbulente, qui est appelé le modèle dynamique de flammelette épaissie (DTF,"dynamic thickened flamelet model"), qui détermine la valeur de la constanteen fonction des conditions de l'écoulement sans utiliser des données empiriques.Ce modèle est tout d'abord testé sur une flamme laminaire unidimensionnellepour vérifier la convergence de la fonction d'efficacité vers l'unité (aucun plissementde la surface de flamme de sous-maille). Puis il est appliqué en combinaisonavec le modèle dynamique de Smagorinsky (Dynamic Smagorinskymodel) aux simulations multidimensionnelles d'une flamme en V, stabilisée enaval d'un dièdre. Les résultats de la simulation en trois dimensions sont alorscomparés avec les données expérimentales obtenues sur une expérience de mêmegéométrie. La comparaison montre la faisabilité de la formulation dynamique.

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Mehl, Cédric. "Simulation aux Grandes Echelles et chimie complexe pour la modélisation de la structure chimique des flammes turbulentes". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC052/document.

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La Simulation aux Grandes Echelles (SGE) est appliquée à des brûleurs industriels pour prédire de nombreux phénomènes physiques complexes, tel que l’allumage ou la formation de polluants. La prise en compte de réactions chimiques détaillées est alors indispensable pour obtenir des résultats précis. L’amélioration des moyens de calculs permet de réaliser des simulations de brûleurs avec une chimie de plus en plus détaillée. La principale problématique est le couplage entre les réactions chimiques et l’écoulement turbulent. Bien que la dynamique de flamme soit souvent bien reproduite avec les modèles actuels, la prédiction de phénomènes complexes comme la formation de polluants reste une tâche difficile. En particulier, des études ont montré que l’influence du plissement de sous-maille sur la structure chimique des flammes n’était pas prise en compte de manière précise. Deux modèles basés sur le filtrage explicite des fronts de flammes sont étudiés dans cette thèse afin d’améliorer la prédiction de polluants en combustion turbulente prémélangée : (i) le premier modèle met en jeu une méthode de déconvolution des variables filtrées ; (ii) le second modèle implique l’optimisation de la chimie pour obtenir des flammes turbulentes filtrées. L’objectif de la thèse est d’obtenir une prédiction précise des polluants à coût de calcul réduit
Large Eddy Simulation (LES) is applied to industrial burners to predict a wide range of complex physical phenomena, such as flame ignition and pollutants formation. The prediction accuracy is tightly linked to the ability to describe in detail the chemical reactions and thus the flame chemical structure. With the improvement of computational clusters, the simulation of industrial burners with detailed chemistry becomes possible. A major issue is then to couple detailed chemical mechanisms to turbulent flows. While the flame dynamics is often correctly simulated with stateof- the-art models, the prediction of complex phenomena such as pollutants formation remains a difficult task. Several investigations show that, in many models, the impact of flame subgrid scale wrinkling on the chemical flame structure is not accurately taken into account. Two models based on explicit flame front filtering are explored in this thesis to improve pollutants formation in turbulent premixed combustion: (i) a model based on deconvolution of filtered scalars; (ii) a model involving the optimization of chemistry to reproduce filtered turbulent flames. The objective of the work is to achieve high accuracy in pollutants formation prediction at low computational costs

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Mesli, Bouaza. "Etudes expérimentales sur l'extinction par brouillards d'eau des flammes turbulentes de prémélanges stébilisées entre deux jets opposés". Orléans, 2000. http://www.theses.fr/2000ORLE2049.

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La sécurité contre les feux d'incendies et dans les systèmes explosifs est primordiale pour la société. Cependant, l'interdiction des Halons est un réel challenge pour leur remplacement. Les brouillards d'eau constituent une bonne alternative grâce à leur neutralité vis à vis de l'environnement et leurs divers avantages. Afin d'approuver leut efficacité et de déterminer les mécanismes prédominants dans l'extinction des flammes de prémélange en vue de leur optimisation, un travail expérimental de recherche à travers cette thèse a été initié au LCSR. L'objectif de notre étude est la caractérisation de l'efficacité des brouillards d'eau pour l'extinction des flammes turbulentes de prémélanges méthane/air stabilisées entre deux jets opposés, en fonction des paramètres liés à la flamme et au brouillard d'eau. Pour répondre aux besoins de l'étude, nous avons développé un dispositif expérimental spécifique permettant de faire varier ces paramètres. Les diagnostics optiques PDA et PIV ont été utilisés pour la caractérisation du brouillard d'eau, généré par un injecteur capable de produire des gouttes avec un diamètre moyen de l'ordre de 4 um. Le champ dynamique et la granulométrie des gouttes d'eau ont été étudiés pour les différentes conditions expérimentales explorées. Les limites d'extinction des flammes ont été déterminées avec et sans l'ajout du brouillard d'eau. Un nouveau paramètre définissant l'efficacité du brouillard d'eau a été introduit et utilisé dans l'interprétation des résultats. Les mécanismes d'extinction des flammes par application des brouillards d'eau ont été identifiés en conduisant les expériences avec trois configurations différentes d'interaction brouillard d'eau / flamme. Les influences de la quantité d'eau injectée ainsi que du temps d'application sur l'extinction des flammes ont été également étudiées. Finalement, une partie de ce travail a été consacrée à caractériser les possibilités de l'utilisation de l'eau de mer pour l'extinction de la flamme.

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DESCHAMPS, BEATRICE. "Etude spatiale et temporelle de la structure dynamique et scalaire des flammes turbulentes premelangees de methane-air". Orléans, 1990. http://www.theses.fr/1990ORLE2026.

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Ce travail porte sur l'etude de la structure des flammes turbulentes premelangees. Il concerne plus particulierement l'interaction d'un champ turbulent en aval d'une plaque perforee et d'une flamme conique de methane-air stabilisee sur un bruleur cylindrique grace a une flamme pilote annulaire. Une partie de ce travail a ete consacre a la comparaison du champ dynamique en non reactif et en reactif. Il a ete mis en evidence que la production de turbulence engendree par la combustion croit avec la vitesse de propagation laminaire. Une autre partie importante de ce travail concerne l'etude du champ scalaire de 23 flammes coniques explorees sur l'axe de symetrie du bruleur grace a un systeme de diffusion rayleigh qui a ete optimise. Ces flammes couvrent un large domaine parametrique de la combustion turbulente en milieu premelange; elles ont pu etre visualisees par tomographie laser. Les principaux resultats sont lies a la validation du modele de bray-moss-libby. Ils montrent que l'evolution du coefficient d'autocorrelation et la distribution des temps de passage des paquets frais et des paquets brules sont proches de celles du modele gamma-two; mais le calcul du coefficient g relatif au modele b. M. L. Tendrait a montrer que c'est le modele exponentiel qui est valable. Une relation permettant d'obtenir une valeur de s#t/s#l sur l'axe a ete etablie et permet d'aboutir a de bonnes correlations avec u/s#l. Une methode de traitement des signaux rayleigh qui permet la mesure des temps de passages des fronts instantanes a egalement ete mise au point

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Halter, Fabien. "Caractérisation des effets de l'ajout d'hydrogène et de la haute pression dans les flammes turbulentes de prémélange méthane/air". Phd thesis, Université d'Orléans, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00591421.

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Ce travail de thèse expérimental vise à améliorer la compréhension des flammes turbulentes de prémélange méthane/air pour différents cas de pression et différents enrichissements en hydrogène. L'étude est effectuée à l'aide d'un brûleur de type Bunsen placé dans une chambre de combustion haute pression. Une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu est rendue possible par l'utilisation de diagnostics optiques. La structure macroscopique de la flamme est étudiée à l'aide du diagnostic de tomographie par plan laser, la structure interne de la flamme à l'aide du diagnostic de diffusion Rayleigh 2D. Ces informations sont largement utilisées pour tester différents modèles de combustion.

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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.

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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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Vervisch, Luc. "Prise en compte d'effets de cinétique chimique dans les flammes de diffusion turbulentes par l'approche fonction densité de probabilité". Rouen, 1991. http://www.theses.fr/1991ROUES053.

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Des simulations numériques de flammes de diffusion turbulentes sont présentées dans ce mémoire. Différents aspects sont abordés, les effets de cinétiques chimiques et leur couplage avec l'aérodynamique turbulente. Dans un premier temps, la description des écoulements turbulents réactifs par le biais de l'approche fonction densité de probabilité est examinée en détail, ainsi que les modélisations du mélange aux petites échelles adaptées au cas des flammes de diffusion. Deux méthodes numériques couplées à la résolution des équations de la mécanique des fluides fermées au premier ordre par un modèle à deux équations sont alors proposées. L'une s'inscrivant dans le cadre des méthodes a pdf présumee PEUL, l'autre assurant la résolution de l'équation d'évolution de la pdf des variables thermochimiques par une technique de Monte Carlo. La validation des modélisations et des méthodes numériques est effectuée dans différentes configurations de flamme de diffusion turbulentes

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Naess, Thomas. "Prédiction numérique de la production des oxides nitreux dans les flammes turbulentes et diphasique via simulation aux grandes échelles". Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024TLSEP090.

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Les émissions de polluants, en particulier les oxydes d'azote (NOx), constituent un défi majeur pour l'industrie aéronautique en raison de leurs impacts sur l'environnement et la santé publique. Les réglementations de plus en plus strictes sur ces émissions nécessitent de nouvelles approches de conception. Dans ce contexte, la Simulation aux Grandes Échelles (SGE) joue un rôle crucial dans la prédiction des NOx. Elle a démontré sa prédictivité dans le cadre de la combustion turbulente diphasique, mais nécessite une validation plus approfondie pour la simulation quantitative des NOx. Ces travaux s'intéressent donc à la prédiction des NOx dans des configurations académiques et industrielles. Dans un premier temps, la cinétique des NOx est étudiée afin d'en comprendre la phénoménologie et d’identifier les incertitudes actuelles, notamment pour des hydrocarbures lourds.Ensuite, les chimies détaillées sont réduites analytiquement (ARC) afin de décrire fidèlement le système chimique tout en réduisant le nombre d'espèces transportées. La prédiction des propriétés de flamme et de polluants des schémas ARCs est évaluée sur des cas laminaires canoniques représentatifs. La configuration académique du CRSB, turbulente et diphasique, est ensuite simulée avec une SGE haute-fidélité. Malgré une prédiction satisfaisante des propriétés de spray et de flamme, la comparaison au sein même de la flamme montre des disparités pour le NO. L’analyse des résultats a démontré l’importance et la finesse des chemins de contribution du NO nécessaires à sa bonne prédiction.Enfin, une méthodologie hybride moins coûteuse utilisant des schémas globaux (GRC) et des NOx tabulés (NOMAGT) est comparé à une chimie ARC dans une SGE de chambre de combustion aéronautique. Les résultats ont prouvé la capacité de l’approche NOMAGT à reproduire à moindre coût de manière satisfaisante les niveau de NO de l’ARC
Pollutant emissions, particularly nitrogen oxides (NOx), pose a major challenge for the aerospace industry due to their environmental and public health impacts. Stricter regulations on these emissions demand new design approaches. In this context, Large Eddy Simulation (LES) plays a crucial role in predicting NOx and has demonstrated its predictive capabilities in turbulent spray flames. However, further validation is required to achieve quantitative and accurate NOx predictions. This study focuses on predicting NOx in both academic and industrial configurations.First, NOx kinetics are analyzed to understand the underlying phenomena and identify uncertainties, particularly in the context of heavy hydrocarbons.Next, detailed chemical models are reduced yielding Analytically Reduced Chemistries (ARCs) to accurately describe the chemical behavior while minimizing the number of transported species. The flame characteristics and pollutant properties predicted with ARCs are evaluated in representative laminar cases. The academic CRSB configuration, a stabilized turbulent spray, is then simulated with high-fidelity LES. While spray and flame properties are well predicted, discrepancies in NO prediction arise within the flame. The analysis highlights the importance and subtlety of NO formation pathways for accurate prediction.Finally, a cost-effective hybrid methodology using Globally Reduced Chemistry and tabulated NOx (NOMAGT) is compared to ARC predictions in the LES of an aeronautical combustion chamber. The NOMAGT approach successfully reproduced ARC NO levels

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Rodrigues, Pedro. "Modélisation multiphysique de flammes turbulentes suitées avec la prise en compte des transferts radiatifs et des transferts de chaleur pariétaux". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC041/document.

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Resumen

Les simulations sont utilisées pour concevoir des chambres de combustion industrielles robustes et peu polluantes. Parmi les polluants, l’émission de particules de suies constitue une question sociétale et une priorité politico- industrielle, en raison de leurs impacts néfastes sur la santé et l'environnement. La taille des particules de suies joue un rôle important sur ces effets. Il est donc important de prévoir non seulement la masse totale ou le nombre de particules générées, mais également leur distribution en taille (PSD). De plus, les suies peuvent jouer un rôle important dans le rayonnement thermique. Dans des configurations confinées, la prédiction des transferts de chaleur est une question clé pour augmenter la robustesse des chambres de combustion. Afin de déterminer correctement ces transferts, les flux radiatifs et de conducto-convectifs aux parois doivent être pris en compte. Enfin, la température pariétale est aussi contrôlée par les transferts conjugués de chaleur entre les domaines fluides et solides. L’ensemble de ces transferts thermiques impactent la stabilisation de la flamme, la formation de polluants et la production de suies elle-même. Il existe donc un couplage complexe entre ces phénomènes et la simulation d'un tel problème multiphysique est aujourd'hui reconnu comme un important défi. Ainsi, l'objectif de cette thèse est de développer une modélisation multiphysique permettant la simulation de flammes suitées turbulentes avec le rayonnement thermique et les transferts conjugués de chaleur associés aux parois. Les méthodes retenues sont basées sur la Simulation aux Grandes Échelles (LES), une description en taille des suies, des transferts conjugués et un code Monte Carlo pour le rayonnement. La combinaison de telles approches est réalisable grâce aux ressources de calcul aujourd’hui disponibles afin d’obtenir des résultats de référence. Le manuscrit est organisé en trois parties. La première partie se concentre sur le développement d'un modèle détaillé pour la description de la production de suies dans les flammes laminaires. Pour cela, la méthode sectionnelle est retenue ici car elle permet la description de la PSD. La méthode est validée sur des flammes laminaires éthylène/air. Dans la deuxième partie, un formalisme LES spécifique à la méthode sectionnelle est développé et utilisé pour étudier deux flammes turbulentes : une flamme jet non-prémélangée et une flamme swirlée pressurisée confinée. Les champs de température et de fraction volumique de suies sont comparés aux données expérimentales. De bonnes prédictions sont obtenues et l’évolution des particules de suies dans de telles flammes est analysée à travers l'étude de l’évolution de leur PSD. Dans ces premières simulations, les pertes de chaleur aux parois reposent sur des mesures expérimentales de la température aux parois, et un modèle de rayonnement simple. Dans la troisième partie, une approche Monte Carlo permettant de résoudre l'équation de transfert radiatif avec des propriétés radiatives détaillées des phases gazeuse et solide est utilisée et couplée au solveur LES. Cette approche est appliquée à l'étude de la flamme jet turbulente. La prédiction des flux thermiques est comparée aux données expérimentales et la nature des transferts radiatifs est étudiée. Ensuite, une modélisation couplée de la combustion turbulente prenant en compte la production de suies, les transferts conjugués de chaleur et le rayonnement thermique est proposée en couplant les trois codes dédiés. Cette stratégie est appliquée pour la simulation du brûleur pressurisé confiné. L'approche proposée permet à la fois de prédire la température des parois et la bonne stabilisation de la flamme. Les processus de formation de suies se révèlent être affectés par la modélisation des transferts thermiques. Ceci souligne l’importance d’une description précise de ces transferts thermiques dans les développements futurs de modèles de production de suies et leur validation
Numerical simulations are used by engineers to design robust and clean industrial combustors. Among pollutants, soot control is an urgent societal issue and a political-industrial priority, due to its harmful impact on health and environment. Soot particles size plays an important role in its negative effect. It is therefore important to predict not only the total mass or number of emitted particles, but also their population distribution as a function of their size. In addition, soot particles can play an important role in thermal radiation. In confined configurations, controlling heat transfer related to combustion is a key issue to increase the robustness and the life cycle of combustors by avoiding wall damages. In order to correctly determine these heat losses, radiative and wall convective heat fluxes must be accounted for. They depend on the wall temperature, which is controlled by the conjugate heat transfer between the fluid and solid domains. Heat transfer impacts the flame stabilization, pollutants formation and soot production itself. Therefore, a complex coupling exists between these phenomena and the simulation of such a multi-physics problem is today recognized as an extreme challenge in combustion, especially in a turbulent flow, which is the case of most industrial combustors. Thus, the objective of this thesis is to develop a multi-physics modeling enabling the simulation of turbulent sooting flames including thermal radiation and wall heat transfer. The retained methods based on Large-Eddy Simulation (LES), a soot sectional model, conjugate heat transfer, a Monte Carlo radiation solver are combined to achieve a stateof- the-art framework. The available computational resources make nowadays affordable such simulations that will yield present-day reference results. The manuscript is organized in three parts. The first part focuses on the definition of a detailed model for the description of soot production in laminar flames. For this, the sectional method is retained here since it allows the description of the particle size distribution (PSD). The method is validated on laminar premixed and diffusion ethylene/air flames before analyzing the dynamics of pulsed diffusion flames. In the second part, an LES formalism for the sectional method is developed and used to investigate two different turbulent flames: a non-premixed jet flame and a confined pressurized swirled flame. Predicted temperature and soot volume fraction levels and topologies are compared to experimental data. Good predictions are obtained and the different soot processes in such flames are analyzed through the study of the PSD evolution. In these first simulations, wall heat losses rely on experimental measurements of walls temperature, and a coarse optically-thin radiation model. In the third part, to increase the accuracy of thermal radiation description, a Monte Carlo approach enabling to solve the Radiative Transfer Equation with detailed radiative properties of gaseous and soot phases is used and coupled to the LES solver. This coupled approach is applied for the simulation of the turbulent jet flame. Quality of radiative fluxes prediction in this flame is quantified and the nature of radiative transfers is studied. Then, a whole coupled modeling of turbulent combustion accounting for soot, conjugate heat transfer and thermal radiation is proposed by coupling three dedicated codes. This strategy is applied for a high-fidelity simulation of the confined pressurized burner. By comparing numerical results with experimental data, the proposed approach enables to predict both the wall temperature and the flame stabilization. The different simulations show that soot formation processes are impacted by the heat transfer description: a decrease of the soot volume fraction is observed with increasing heat losses. This highlights the requirement of accurate description of heat transfer for future developments of soot models and their validation

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Bailly, Pascal. "Contribution à l'étude de l'interaction turbulence - combustion dans les flammes turbulentes de prémélange à l'aide de modèles du second ordre". Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2279.

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Resumen

On considere la modelisation de l'interaction entre turbulence et combustion dans le cas des flammes turbulentes de premelange ou le regime de flammelettes s'applique. Dans ce regime, le processus de combustion est controle majoritairement par le melange turbulent. Dans certaines situations, des effets de diffusion turbulente non-gradient, voire a contre gradient, peuvent apparaitre conduisant a une forte production de turbulence par la flamme. Deux configurations de calculs sont considerees: une flamme turbulente accrochee en aval d'un obstacle et une flamme turbulente stabilisee par une marche descendante. L'interaction combustion-turbulence est modelisee au moyen d'un modele de type bml associe aux equations de bilan pour l'ensemble des flux turbulents. Dans le cas de la flamme stabilisee en aval de l'obstacle, on montre que la diffusion non-gradient joue un role negligeable. En revanche, seul le modele du second ordre pour les tensions de reynolds permet de prendre en compte les proprietes de l'ecoulement isotherme et reactif. Pour la flamme stabilisee par la marche descendante, la diffusion turbulente a contre gradient a travers le front de flamme etant preponderante, on montre que seul le modele du second ordre pour les flux turbulents de masse permet de representer ce phenomene

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Susset, Arnaud. "Développement de traitements d'images pour l'étude de la stabilisation de flammes turbulentes non-prémélangées générées par des brûleurs industriels modèles". Poitiers, 2002. http://www.theses.fr/2002POIT2323.

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Tesis sobre el tema "Flammes turbulentes en expansion"

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