Rozprawy doktorskie: „Instabilités de front de flamme”

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Hok, Jean-Jacques. "Stratégie de modélisation pour la simulation aux grandes échelles d'explosions de mélanges hydrogène-air pauvres". Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024TLSEP065.

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La crise climatique à laquelle le monde est confronté aujourd'hui exige des actions immédiates pour réduire les émissions de carbone. En particulier, une transition énergétique rapide vers des sources plus propres est nécessaire. Parmi de nombreux candidats, l'hydrogène se distingue en tant que vecteur d'énergie décarboné. Cependant, son stockage et son transport en grandes quantités posent des problèmes de sécurité. Dans le cas d'une fuite accidentelle d'hydrogène, un mélange hautement inflammable peut se former. En cas d'allumage, différents scénarios et régimes de combustion sont possibles, en fonction de différents facteurs tels que la géométrie (dimensions, confinement, présence d'obstacles), la composition du mélange, la température, la pression ou le niveau de turbulence. Ces régimes vont de la déflagration lente à la transition vers la détonation dans le pire des cas. Pour prédire les dommages consécutifs à une explosion, la Mécanique des Fluides Numérique présente l'avantage d'être plus sûre que les expériences et de donner accès à des quantités difficiles ou impossibles à mesurer empiriquement. Cette thèse traite de la prédiction des explosions de mélanges d'hydrogène-air pauvres en utilisant l'approche de Simulation aux Grandes Échelles (SGE ou LES en anglais). Les mélanges pauvres d'H2-air sont caractérisés par leur nombre de Lewis subunitaire, qui traduit un déséquilibre entre les processus de diffusion moléculaire et thermique avec des conséquences majeures : (1) les flammes H2-air pauvres sont très sensibles à l'étirement ; (2) elles sont enclines à développer des cellules sur le front de flamme dues à l'instabilité thermo-diffusive. Les deux constituent des mécanismes d'accélération qui impactent la surpression générée lors de l'explosion. Dans ce travail, nous montrons que l'utilisation du modèle de Flamme Épaissie (TF en anglais) pour simuler les flammes à nombre de Lewis subunitaire : (1) induit une amplification de l'effet d'étirement sur la flamme ; (2) combinée à la faible résolution de maillage en LES, filtre les instabilités de front de flamme. Le couplage de ces mécanismes indésirables peut générer une propagation erronée de la flamme qui remet en question la capacité de prédiction de la LES pour les explosions de mélanges H2-air pauvres. Dans le cadre de cette thèse, une stratégie de modélisation est proposée afin de prédire de manière fiable et précise les explosions d'hydrogène-air pauvre. Un nouveau paradigme est envisagé pour corriger séparément l'amplification des effets d'étirement et modéliser les phénomènes de sous-maille dus à l'instabilité thermo-diffusive. Ces deux corrections sont d'abord développées sur des configurations canoniques, puis étendues et validées sur des configurations d'explosion plus réalistes
The climate crisis the world faces today calls for immediate actions to curb down carbon emissions. In particular, a rapid energy transition towards cleaner sources is necessary. Among many candidates, hydrogen stands out as a carbon-free energy vector. However, its storage and transport in big quantities raise safety concerns. Following a leakage, mixed with the surrounding air, this hydrogen can form a highly flammable mixture. In case of accidental ignition of this mixture, different combustion scenarios and regimes are possible, depending on factors such as geometry (dimensions, confinement, presence of obstacles), mixture composition, temperature, pressure or turbulence level. These regimes range from slow deflagration to the transition to detonation in the worst case. To predict the damage induced by an explosion, Computational Fluid Dynamics has the advantage of being safer than experiments and gives access to quantities hard or impossible to measure empirically. This thesis deals with the prediction of lean hydrogen-air explosions using Large-Eddy Simulation (LES). Lean H2-air mixtures are known for their distinctive sub-unity Lewis number, which characterises an unbalance between molecular and heat diffusion processes with major consequences: (1) lean H2-air flames are strongly sensitive to stretch; (2) they are prone to develop flame front cells due to the thermo-diffusive instability. Both constitute accelerating mechanisms which impact the overpressure generated during the explosion. In this work, we show that the Thickened Flame (TF) approach to simulate sub-unity Lewis number flames: (1) induces an amplification of stretch on the flame; (2) combined with the low grid resolution in LES, filters out flame front instabilities. The coupling of these undesired mechanisms can generate an erroneous flame propagation which questions the predictability of LES for lean H2-air explosions. In this thesis, a modelling strategy is proposed to reliably and accurately predict lean hydrogen-air explosions. A new paradigm is considered to separately correct the amplification of stretch effects and model subgrid phenomena due to the thermo-diffusive instability. These two corrections are first developed on canonical configurations and then extended and validated on more realistic explosion configurations

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Radisson, Basile. "Dynamique non linéaire de fronts de flammes : expériences et modélisation". Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0124.

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Les flammes de prémélange sont souvent minces devant les échelles de l’écoulement dans lequel elles évoluent. La description de leur dynamique peut alors se réduire à des équations d’évolution pour leur front. Ce manuscrit présente une série d’expériences de laboratoire qui visent à valider la pertinence de telles modélisations. Les expériences sont menées dans une configuration quasi-2D (brûleur de Hele-Shaw) permettant une analyse fine de la dynamique de l’interface. Dans une première partie, l’évolution d’une flamme initialement plane et se propageant dans un écoulement au repos est étudiée. Pour la première fois, une comparaison quantitative de l’évolution non-linéaire avec une équation de type Michelson-Sivashinsky est obtenue. Par ailleurs, on montre que les solutions analytiques de cette équation permettent de prédire certaines propriétés statistiques du front. Ces prédictions restent valables même aux temps longs lorsque le bruit joue un rôle important dans la dynamique. Dans une deuxième partie, l’influence de l’enceinte du brûleur est étudiée. Un nouveau mécanisme de couplage vibroacoustique, propre à cette géométrie confinée,est identifié. Les propriétés de ces modes de structure sont ensuite exploitées pour étudier l’interaction d’une flamme avec un forçage périodique. Enfin, ces flammes quasi-2D, planes en moyenne, sont soumises à un écoulement faiblement turbulent. L’évolution de la vitesse de flamme avec l’intensité du forçage transite d’un régime super-linéaire aux très faibles forçages vers un régime sous-linéaire quand l’intensité turbulente s’approche de la vitesse de flamme laminaire
In many applications where premixed combustion is involved, the flame thickness is weak compared to the scales of the flow. This property allows to describe the flame frontevolution as an interface dynamics. In this manuscript some experiments are performed in order to check the validity of such models. The experiments are carried out in a Hele-Shaw burner. This quasi-bidimensional configuration allows for an accurate analysis ofthe flame front evolution. First, the dynamics of an initially flat flame propagating in aquiescent flow are analyzed. A quantitative comparison of an experimental flame evolution with the one predicted by a Michelson-Sivashinsky type equation is obtained for the firsttime. Moreover, the analytic pole solutions of this model allows us to predict some statisticproperties of the flame front. These predictions are shown to still be valid at large time,where the external noise plays an important role in the observed dynamics. In a second part, flame/burner interactions are investigated. A new vibroacoustic coupling mechanismis identified. Then, harnessing the properties of this vibroacoustic coupling, the flame issubmitted to an oscillating flow. It allows us to explore some characteristics of the flame response to a time dependent external forcing. Finally, the flame is submitted to a weaklyturbulent flow. The influence of the flow fluctuations intensity on the turbulent flamespeed is explored. The flame speed increase is shown to switch from a sublinear regime atsmall forcing to a superlinear one when the forcing intensity is approaching the laminar flame speed value

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LACHAUX, Thierry. "Etude des effets de la haute pression sur la structure et la dynamique des flammes turbulentes de prémélange pauvre de méthane-air". Phd thesis, Université d'Orléans, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00010401.

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L'étude expérimentale porte sur l'influence de la haute-pression jusqu'à 0.9 MPa pour la combustion d'une flamme de prémélange méthane-air, pauvre, turbulente stabilisée sur un brûleur de type Bunsen. La vitesse débitante et la richesse sont fixées à 2.1 m/s et 0.6. Le champ de vitesses et les échelles de la turbulence sont déterminés à l'aide de l'anémométrie Laser Doppler. Les mesures de diffusion Rayleigh renseignent sur la fluctuation du scalaire. De l'imagerie de Mie deux dimensions sont obtenus la courbure, l'angle d'orientation, les longueurs de plissement et enfin, la densité de surface de flamme et l'intensité de combustion qui sont comparées avec les valeurs données par le modèle BML. Lorsque la pression augmente les échelles de Taylor et de Kolmogorov diminuent avec la viscosité cinématique, l'échelle intégrale et la vitesse fluctuante restent constantes, les structures du front de flamme deviennent plus petites et plus pointues, augmentant la densité de surface de flamme.

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Denet, Bruno. "Simulations numériques d'instabilités de front de flamme". Aix-Marseille 1, 1988. http://www.theses.fr/1988AIX11155.

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Simulation d'oscillations de relaxation dans un modele de retrocombustion dans un solide poreux, de l'instabilite thermodiffusive, et de l'instabilite hydrodynamique de darrieus-landau. Etude de l'extinction par pertes de chaleur a la paroi d'un tube et de l'interaction entre une flamme courbee et du bruit dans l'ecoulement

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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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Boury, Gaël. "Etudes théoriques et numériques de fronts de flammes plissées : dynamiques non-linéaires libres ou bruitées". Poitiers, 2003. http://www.theses.fr/2003POIT2255.

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Les flammes de prémélange, souvent minces, sont assimilées à des interfaces actives. Des équations d'évolution pour leur front sont obtenues par développement asymptotique en contraste de densité. Selon ces dernières, la dynamique de flamme devrait être correctement gouvernée par les seules interactions entre hydrodynamique non visqueuse, non linéarité géométrique liée à la propagation (Huygens), changement de densité et géométrie d'ensemble, si certaines symétries globales soient respectées (invariances Galiléenne, par translation ou rotation) ou leur brisure prise en compte. Cette thèse est confortée par l'examen de 3 configurations : flammes accrochées soumises à un écoulement tangentiel fort et des stimuli externes, influence de gravités faibles, expansion 3-D. Les méthodes mises en œuvre sont analytiques et pseudo-spectrales. Dans chaque cas des lois d'échelle simples pour leur plissement sont identifiées. Celles-ci sont en accord au moins qualitatif avec les expériences disponibles. Pour chaque cas, des problèmes ouverts sont mentionnés
Usually, premixed flames are thin. We view them as active interfaces. Evolution Equations for their front are obtained from asymptotic expansions in the density-contrast. Flame dynamics seems accurately controlled only by the interplay amongst elliptic hydrodynamics, a geometric non-linearity coming from the flame normal propagation (Huygens), the change in density, and the overall geometry, provided minimal symmetries (Galilean, translation, rotation) are fulfilled, or explicitly broken. Examining three configurations confirms the thesis, namely: flames anchored in the presence of a strong tangential blowing and external forcing, influence of a weak gravity field, 3-Dimensional expansions. Our methods are analytical and pseudo-spectral. In each case, scaling laws for wrinkling are identified. These are in good agreement with available experiments. Open problems are also evoked

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Clanet, Christophe. "Instabilités de propagation de flammes monophasiques et diphasiques dans une enceinte semi-ouverte". Aix-Marseille 1, 1995. http://www.theses.fr/1995AIX11071.

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Cette these traite des instabilites de propagation de flammes dans une enceinte semi-ouverte et plus precisement des instabilites thermo-acoustiques et de l'effet tulipe. Concernant les instabilites acoustiques, l'etude porte essentiellement sur l'origine physique de l'instabilite primaire et sur sa saturation. Cette etude est menee pour des melanges monophasiques et diphasiques, en tenant compte des pertes et en s'apuyant sur des theories recentes. Dans le cas monophasique, on montre que l'instabilite primaire resulte d'un couplage entre les cellules de landau et le champ d'acceleration acoustique. Dans le cas diphasique, l'instabilite est liee au dephasage de viteses entre les gouttes et l'air. Concernant l'effet tulipe, les differentes phases de la propagation sont identifiees puis etudiees de facon quantitative. Les resultats obtenus sont interpretes a partir d'un modele geometrique et compares a ceux, deja publies, obtenus dans une enceinte fermee aux deux extremites

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Rego, Rui. "Sur un modèle non linéaire d'interaction entre flamme et acoustique". Poitiers, 2006. http://www.theses.fr/2006POIT2304.

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Les flammes prémélangées peuvent être représentées comme des interfaces minces et actives, un point de vue qu'on adopte ici. Alors qu'existent des approches asymptotiques, fournissant des Equations d'Evolution (EE) du 1er-order-en temps qui soient précises, elles cessent d'être applicables lorsque les accélérations sont non négligeables. Pourtant, on peut bâtir quelques EE, capables de prendre en compte les effets les à l'accélération : celles-ci liés à découlent d'arguments de symétrie, de la phénoménologie disponible et leur consistance avec des cas-limite connus. De telles EE peuvent prendre en compte des effets d'accélération, externes ou induites, et de la non-linéarité d'Huygens, pourvu que la invariance Galiléen fût vérifie. Ce modèle couple la dynamique de la forme de flamme (méthode Fourier pseudo-spectrale) et l'acoustique externe, elle-même linéaire en moyenne. Tous les tests portant sur la réponse de notre modèle de flamme à une accélération imposée ont étés validés, même en régime non-linéaire. Ce système-modèle, global et non-linéaire, est résolu numériquement dans le cas de flammes se propageant le long d'un tube, par exemple. Des extensions sont aussi envisagées
Premixed flames may be considered as thin active interfaces, a point of view that we adopt here. Whereas accurate asymptotic expansions methods exist to obtain first-order-in-time Evolution Equations, whenever flow-field accelerations intervene those methods fail to provide an unambiguous answer. Still, suitable designed Evolution Equations that are able to handle with flow accelerations are tailored, based on phenomenological grounds, symmetry arguments, and consistency with known limiting cases. Those describe flame dynamics by a second-order-in-time Evolution Equation, with a geometrical non-linearity stemming from normal (Huygens) propagation, the density change, the overall geometry, and the inertia-induced gravitational forcing, provided that Galilean invariance is fulfilled. This flame EE model is numerically coupled with its self-induced acceleration field, where linear acoustics is shown to prevail on transverse average. The flame-shape evolution is handled via a Fourier pseudo-spectral method, which is checked against flame responses to prescribed accelerations successfully, even in the nonlinear regime. This nonlinear, global, system model is solved for flames in tubes as an example. Follow-on studies are also envisaged

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Palies, Paul. "Dynamique et instabilités de combustion des flammes swirlées". Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00545421.

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Ce travail traite de la dynamique des flammes turbulentes prémélangées confinées et swirlées soumises à des perturbations de vitesses acoustiques. L'objectif général est d'acquérir une compréhension des mécanismes régissant la réponse de ces flammes et d'en tirer des méthodes de prévision des instabilités de combustion. Les écoulements swirlés sont d'abord examinés en termes de nombre de swirl et de nouvelles expressions sont données pour cette quantité. On traite notamment des effets de perturbations de vitesse et une expression est proposée qui tient compte des fluctuations de vitesses dans l'écoulement. Le système utilisé pour l'étude expérimentale comprend une cavité amont, un injecteur équipé d'un swirler et un tube à flamme transparent permettant la visualisation directe du mouvement de la flamme. Deux points de fonctionnement sont étudiés correspondant à des vitesses débitantes différentes. La cavité amont et le tube à flamme du brûleur peuvent être facilement changés pour étudier plusieurs configurations différentes. L'acoustique du brûleur est également analysée au moyen d'une approche de cavités couplées pour déterminer les fréquences de résonance du système en configuration non-réactive. Des expériences sont menées pour mesurer les fréquences propres du système et l'estimation du coefficient d'amortissement est réalisée à partir de la réponse du système à une modulation externe. Un critère de découplage des mode acoustiques est proposé. La dynamique de l'écoulement est examinée en termes de conversion de modes au niveau de la vrille (swirler) ou dans une grille d'aubes. Cette partie du travail, effectuée au moyen de simulations numériques montre que lorsqu'une grille ou une vrille sont soumis à une onde acoustique, le swirler donne naissance à une onde azimutale convective en plus de l'onde acoustique axiale transmise. Les deux types de swirlers, axial et radial, donnent lieu à ce mécanisme, un fait confirmé par des expériences. Il est montré que ce processus de conversion de mode a un impact important sur la dynamique de la flamme swirlée. La dynamique de la combustion est ensuite analysée en mesurant la fonction de transfert généralisée ainsi que les distributions de taux de dégagement de chaleur au cours du cycle d'oscillation. La fonction de transfert est utilisée pour déterminer la réponse de la flamme à des perturbations acoustiques se propageant dans l'écoulement en amont de la flamme. Il est aussi montré que le nombre de Strouhal est un groupe sans dimensions qui permet de caractériser la réponse de la flamme. La dynamique est également analysée au moyen d'un ensemble de diagnostics comprenant des sondes de pression, un photomultiplicateur et un vélocimètre laser Doppler. Un modèle pour la fonction de transfert linéaire de la flamme est dérivé théoriquement à partir d'une description de la flamme au moyen de l'équation pour une variable de champ G. Les mécanismes physiques de la réponse de la flamme sont identifiés : enroulement tourbillonnaire et fluctuations du nombre de swirl. L'enroulement tourbillonnaire est associé à l'onde acoustique transmise en aval du swirler et qui pénètre dans la chambre de combustion. Tandis que les fluctuations du nombre de swirl sont directement liées aux mécanismes de conversion de mode au swirler qui induit différentes vitesses pour les perturbations axiales et azimutales. L'enroulement tourbillonnaire enroule l'extrémité de la flamme tandis que les fluctuations du nombre de swirl agissent sur l'angle de la flamme. Ces deux mécanismes en compétition se combinent de manière constructive ou destructive conduisant à des gains faibles ou élevés dans la réponse de la flamme en fonction de la fréquence. Ces mécanismes sont retrouvés par simulation aux grandes échelles (LES). Enfin, une analyse d'instabilité est réalisée en combinant la fonction de transfert généralisée expérimentale et un modèle acoustique du brûleur afin de déterminer la fréquence et l'amplitude des perturbations de vitesse au cycle limite.

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Poinsot, Thierry. "Analyse des instabilités de combustion de foyers turbulents prémélangés". Paris 11, 1987. http://www.theses.fr/1987PA112065.

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Développement de techniques spécifiques d'acquisition (diagnostics optiques et acoustiques) et de traitement de données, appliquées à un foyer de laboratoire, dans le but d'analyser et d'expliquer les modes de combustion instables. Un modèle de flamme mince développé pour une combustion stabilisée dans un canal, effectue le calcul non linéaire complet des oscillations de l'écoulement et permet de prévoir l'apparition d'oscillations auto-entretenues, donc d'instabilités et de calculer leurs seuils de déclenchement ainsi que les cycles limites associés

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Almarcha, Christophe Bernard Alphonse. "Instabilités hydrodynamiques du front d'ablation en fusion par confinement inertiel". Aix-Marseille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007AIX11049.

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Dans le domaine de la Fusion par Confinement Inertiel (FCI), des instabilités hydrodynamiques se développent pendant la phase d’accélération lors de l’implosion d’une cible soumise à un rayonnement intense. Ces instabilités, relativement semblables à celle de Rayleigh-Taylor, compromettent la symétrique sphérique essentielle à l’amorçage des réactions thermonucléaires en fin de phase de compression. Leur compréhension nécessite l’étude de phénomènes couplés hydrodynamiques et thermiques sur une large gamme de longueurs de variation, ce qui rend les simulations numériques directes difficiles. En considérant des régimes intermédiaires d’accélération dans la limite asymptotique d’un fort exposant en température pour la conductivité thermique, le modèle classique en FCI se réduit à l’étude d’une discontinuité (le front d’ablation) entre deux écoulements potentiels. Ceci permet d’utiliser des méthodes numériques précises d’intégrales de frontière. Les simulations peuvent alors être poussées à des stades hautement non linéaires et font apparaître une singularité en temps fini, caractérisée par une divergence des gradients de vitesses et de la courbure du front. Cette singularité remet en question la validité de la limite asymptotique utilisée. On montre qu’un effet de tension de surface qui apparaît à l’ordre suivant du développement asymptotique est suffisant pour supprimer l’apparition en temps fini de la singularité
An Inertial Confinement Fusion (ICF), hydrodynamic instabilities grow during the acceleration stage in the imploding of a target under an intense radiation. These instabilities, quite similar to Rayleigh-Taylor instability, disturb the spherical configuration necessary for ignition of nuclear reactions in the late compression stages. Understanding them requires the study of coupled hydrodynamic and thermal instabilities on a wide range of length scales, which make direct numerical simulations difficult to perform. Considering intermediate regimes of acceleration in the asymptotic limit of a large power index for thermal conduction, the model usually used in ICF reduces to a discontinuity (the ablation front) between two potential flows. This allows the use of precise numerical boundary integral methods. Simulations can be performed to highly non linear stages and show the appearence of a finite time singularity consisting in an explosion of both the velocity gradients and curvature

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Valiev, Damir. "The role of Landau-Darrieus instability in flame dynamics and deflagration-to-detonation transition". Licentiate thesis, Stockholm : Materialvetenskap, Kungliga Tekniska högskolan, 2007. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-4334.

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Demare, David. "Stabilisation d'une flamme suspendue non-prémélangée, influence d'un champ acoustique". Rouen, 2003. http://www.theses.fr/2003ROUES024.

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Les effets d'une perturbation acoustique sur une flamme suspendue non-prémélangée sont analysés à l'aide de dispositifs d'imagerie et de vélocimétrie. Une étude préalable sans acoustique est réalisée avec une flamme de jet libre organisé naturellement, dans la zone d'hystérésis. Dans ce cas, la flamme se stabilise toujours au niveau des éjections latérales de structures tourbillonnaires contrarotatives longitudinales issues d'instabilités secondaires. Les réponses de la flamme à une large gamme de fréquences et d'amplitudes acoustiques sont reportées sous la forme d'une cartographie. Celle-ci présente différentes zones : - Des zones hautes fréquences (de l'ordre du kilohertz) où lorsque, le forçage s'effectue proche des fréquences de résonance, la stabilisation de la flamme est améliorée grâce à une meilleure organisation du jet; ailleurs, les plus faibles modulations influent sur le développement des instabilités, pouvant entraîner le raccrochage définitif de la flamme. - Des zones moyennes fréquences (de l'ordre de l'hectohertz) où, il est possible à la fois d'empêcher la flamme de se raccrocher, et de changer le régime de combustion : la flamme devient alors plus courte, le panache, rayonnant à cause des suies, disparaît par un accroissement de la turbulence qui améliore le mélange. - Des zones basses fréquences (de l'ordre du décahertz) où les perturbations entraînent des fluctuations de la hauteur de suspension qui conduisent, selon l'amplitude, soit au raccrochage définitif de la flamme, soit à des successions d'accrochages et de décrochages. Ces différentes réponses sont observées pour différents diamètres et vitesses de sortie tout en conservant des nombres de Reynolds modérés (3000-6000) et un jet naturellement organisé
The effects of an acoustic perturbation on a non-premixed lifted flame are analysed with imagery and velocimetry techniques. First, a study without acoustics is performed with a free jet flame, naturally organized. In that case, the flame always stabilizes on lateral ejections of matter formed by counter-rotating steamwise structures due to secondary instabilities. Secondly, the responses of the flame to a large range of frequencies and amplitudes are reported in a chart. This latter one shows different zones : - In high frequency zones (kilohertz), when the forcing is applied around the resonance frequencies, the flame stability is improved because of a better jet organization; in other cases, the weakest modulations act on the development of instabilities, leading to a definive flame reattachment. - In middle frequency zones (hectohertz), it is possible to avoid the anchoring of the lifted flame and change the combustion regime, the flame is shorter, its yellow plume due to soots vanishes because of an increase of the turbulence leading to the the improvement of the mixing. - In low frequency zones (decahertz), depending on the amplitude value, perturbations lead to liftoff height fluctuations which provide, either a definitive reattachment, or successive anchoring and lifting. All these responses are observed for different diameters and exit velocities while keeping moderate Reynold numbers (3000-6000) and a naturally organized jet

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Edarh-Bossou, Toyo Koffi. "Etude de la propagation d'un front de flamme dans un milieu strié". Lyon 1, 1993. http://www.theses.fr/1993LYO10195.

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Nous avons contribue a la modelisation et a l'etude de l'effet hump qui est une anomalie de survitesse et de surpression observee lors de la combustion de certains blocs de propergols solides dans des propulseurs. Le modele mathematique considere consiste en un systeme forme d'une equation parabolique pour la temperature et d'une equation d'hamilton-jacobi representant la propagation du front de flamme dans un milieu strie. Apres un decouplage de ces deux equations, on a pu etudier l'equation d'hamilton-jacobi comme une equation de propagation d'un front de flamme. La difficulte et la nouveaute viennent du fait que le milieu est strie et donc non homogene. En plus, les stries peuvent avoir un angle quelconque avec le front de propagation. Les resultats obtenus sont de deux ordres: dans les cas vertical et horizontal, une etude mathematique complete (existence, unicite et homogeneisation) a ete menee. Dans le cas des striations obliques, on dispose egalement d'un theoreme d'existence. Les resultats theoriques sur les solutions quasi-periodiques (ou decalees) et les calculs numeriques montrent que la vitesse moyenne du front est une fonction croissante de l'angle, ce qui est en parfaite correlation avec l'effet hump. Une etude de stabilite des schemas numeriques utilises a complete ce travail

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Pavec, Marc. "Instabilités barocline et paramétrique des courants de bord, application au front d'Ouessant". Brest, 2007. http://www.theses.fr/2007BRES2042.

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Les écoulements côtiers sont soumis à diverses sources d’instabilités, à l’origine de la formation de structures cohérentes, telles des tourbillons, dont le rôle est essentiel dans la circulation océanique et le transfert de propriétés dans l’océan. Trois configurations idéalisées de courant côtiers (frontal, quasi-géostrophique et shallow-water) sont étudiées dans cette thèse. Le mécanisme bien connu de l’instabilité barocline est mis en évidence sur chacun de ces écoulements et un autre mécanisme, celui de l’instabilité paramétrique est proposé. Il concerne des écoulements dont l’un des paramètres est soumis à une oscillation périodique. Le paramètre variable est la vitesse du courant dans l’exemple frontal, le transport ou la vorticité potentielle barocline dans l’exemple quasi-géostrophique, le courant barotrope dans le modèle shallow-water. Des calculs analytiques permettent de comparer les taux de croissance de ces deux instabilités et de montrer l’amplification de l’instabilité paramétrique au voisinage de la marginalité des systèmes vis-à-vis de l’instabilité barocline. Il est montré par intégration numérique que les effets de l’instabilité paramétrique sont de mème nature que ceux de l’instabilité paramétrique sur la configuration quasi-géostrophique. Le modèle shallow-water présente un front de densité représentatif du front d’Ouessant, Il est montré à partir de simulations numériques MICOM que le mécanisme de l’instabilité barocline permet d’expliquer en grande partie les instabilités observées le long du front. Les effets de l’instabilité paramétrique sont identifiés, mais il semble que leur impact soit faible
Coastal currents experience many sources of instability, resulting in the formation of coherent structures such as eddies. These structures play a fundamental role in the oceanic circulation and in the transfer of properties in the ocean. Three configurations of idealized coastal currents are studied in this thesis-: a frontal one, a quasi-geostrophic one and a shallow-water one. The well known baroclinic instability is shown to exist for all these currents, and a new mechanism, the parametric instability, is described. It appears on flows which present a periodic variation of one of their components. The oscillating parameter is the current speed in the frontal configuration, the baroclinic transport or PV in the quasi-geostrophic one and the barotropic flow in the shallow-water one. Analytical calculations allow to compare growth rates of both baroclinic and parametric instability and to show the amplification of parametric instability in the vicinity of the marginal stability curve for baroclinic instability. Numerical simulations are used to show that the effects of parametric instability are similar to the effects of baroclinic instability on the quasi-geostrophic flow. The shallow-water modal presents a density front with caracteristic scales representative of the Ushant front. It is shown from MICOM simulations that baroclinic instability can explain the observed instabilities of the front for a large part. Parametric instability effects are identified, but their impact seems to be weak

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Sengissen, Aloïs. "Simulation aux grandes échelles des instabilités de combustion : vers le couplage fluide / structure". Phd thesis, Toulouse, INPT, 2006. http://oatao.univ-toulouse.fr/7428/1/sengissen1.pdf.

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Afin de pouvoir satisfaire aux normes de pollutions, les turbines à gaz actuelles sont contraintes à fonctionner dans un régime pauvre. Le mode de combustion qui en résulte peut présenter des instabilités susceptibles de dégrader la durée de vie des composants de la structure. Malheureusement, ces instabilités sont totalement imprévisibles à l'aide des méthodes d'ingénierie classiques. Le but de cette thèse est de démontrer le potentiel de l'approche de la Simulation aux Grandes Echelles (LES) pour prédire ces instabilités et évaluer leur impact sur la structure. Avant de procéder au couplage proprement dit, de nombreux phénomènes sont à éclaircir, tels que le rôle des fluctuations de richesse dans le caractère instationnaire de la réaction, ou l'influence des conditions limites thermiques sur les régimes instables. Ce travail de thèse montre une validation de la LES sur un brûleur-test développé spécifiquement à l'Université of Twente (Pays bas) dans le cadre du projet Européen DESIRE. Après comparaison avec les données expérimentales (LDV et chemiluminescence CH*), nous démontrerons l'influence des conditions limites thermiques non seulement sur la fréquence mais aussi sur l'amplitude des modes instables. Ensuite, il sera mis en évidence que les ondes acoustiques se propageant dans les conduits d'air lors du forçage de la ligne de fuel modifient de façon significative la perturbation de richesse réellement perçue par la flamme. Sa réponse sera en outre caractérisée en détail (linéarité). Enfin, les résultats d'un prototype de couplage entre la LES (AVBP) et un code de structure (ANSYS) seront présentés.

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Suys, Olivier. "Étude de la propagation d'un front de flamme dans un milieu solide hétérogène". Bordeaux 1, 1996. http://www.theses.fr/1996BOR10518.

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La modelisation d'une anomalie dans la combustion de propergols solides (effet bosse) conduit a l'etude de la propagation d'un front de flamme dans un milieu heterogene strie. Le modele mathematique, decrit par une equation de hamilton-jacobi, est etudie des points de vue theorique et numerique. Les solutions d'une telle equation sont cherchees dans la classe des solutions de viscosite et sa resolution numerique est effectuee au moyen des schemas eno, d'ordre 2, mis sous forme differenciee

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Blouquin, Rodolphe. "Contribution à l'étude théorique des interactions entre combustion et rayonnement". Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2363.

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Cette these presente l'etude theorique (au moyen des developpements asymptotiques raccordes) de trois classes de problemes de combustion des premelanges heterogenes ou le role thermique du rayonnement est important. Il est d'abord montre analytiquement que l'addition de particules solides inertes permet d'etendre les limites de propagation dans des tubes des flammes de poussieres reactives (e. G. Charbon) et d'air et que la prise en compte de transports turbulents peut ralentir ces flammes. Ensuite, sont abordes les problemes d'ignition. Pour un demi-espace plan reactif soumis a un flux radiatif a sa surface, le temps d'ignition est obtenu en fonction de la reactivite du milieu. De plus, la mise au point d'un principe variationnel pour les equilibres entre rayonnement, reaction et conduction permet la determination des conditions critiques d'auto-allumage de corps convexes. Enfin, on considere la propagation des flammes en milieu gazeux premelange et ensemence par des particules solides inertes. Pour de telles flammes spheriques, une dynamique de relaxation tres riche est mise en evidence aussi bien en espace libre (configuration d'une explosion accidentelle) qu'en volume clos (configuration experimentale). Il est aussi montre que le rayonnement peut modifier les instabilites hydrodynamiques (type landau-darrieus) des fronts faiblement plisses. Puis, une description plus unifiee des regimes et limites de propagation est mise en place, prenant en compte prechauffage radiatif, effets d'extinction cinetique et conduction. Il y est suggere que les flammes de poussieres reactives pourraient etre simulees par celles de premelanges gazeux de faible reactivite et ensemences. Enfin, une etude de stabilite lineaire indique l'existence d'une bifurcation de hopf pour des nombres de zel'dovich suffisamment eleves. Ces comportements ont pour origines le caractere non local du transfert thermique radiatif, son intensite et sa longueur de reference qui est grande devant la portee des processus moleculaires. Si la forte non linearite de la loi d'arrhenius est preponderante, celle de la loi de stefan n'y joue aucun role qualitatif

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Al, Sarraf Elias. "Instabilités de flammes de prémélange en cellule de Hele-Shaw". Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0590/document.

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La combustion pré mélangée a été depuis longtemps un domaine vaste d’étude au niveau appliqué et fondamental. Bien que la plupart des applications industrielles en combustion aient lieu dans des régimes turbulents, le passage par l’étude laminaire est indispensable pour comprendre les mécanismes fondamentaux des flammes turbulentes. Ce travail de thèse porte essentiellement sur l’étude des différentes instabilités agissant sur un front de flamme laminaire de pré mélange pour des mélanges de propane-air et méthane-air, enrichis ou non en azote. L’étude consiste à mesurer les taux de croissance des perturbations dans un brûleur d’Hele-Shaw formé par deux plaques de verre ($150\times50cm$) très rapprochées (brûleur 2D). Grâce à un système de forçage constitué par des plaques modulées spatialement avec différentes longueurs d’onde, le taux de croissance peut être mesuré même en présence du développement spontané de l’instabilité avec la longueur d’onde la plus instable. A richesse constante et pour des valeurs croissantes de la dilution en oxygène le vecteur d'onde de coupure augmente avec la vitesse de flamme qui devient plus instable. Pour des mélanges de propane ce nombre d’onde augmente également lorsqu'on augmente la richesse à vitesse constante et il diminue dans le cas des mélanges de méthane, cela est en relation avec l'évolution des effets thermodiffusifs dans chacun des cas. Une augmentation de l’épaisseur de la cellule d’Hele-Shaw, aboutit à une augmentation du taux de croissance pour les petits nombres d’onde ainsi que du nombre de Markstein, et à une diminution du taux de croissance pour les grands nombres, du fait des effets des pertes thermiques
Premixed combustion has been the subject of extensive work, concerning both applications and fundamental aspects. Although in most practical applications combustion occurs in a turbulent environment, the study of laminar flames is important to understand the fundamental mechanisms of turbulent flame propagation. The objective of this work is to study the various instabilities acting on a laminar premixed flame for mixtures of propane-air and methane-air, enriched or not with nitrogen. it consists in measuring the linear growth rates of disturbances in a Hele-Shaw burner formed by two glass plates ($150\times50cm$) separated by a thin gap width (2D burner). Using spatially modulated plates with different wavelengths, the linear growth rate of perturbations can be measured even in the presence of the most unstable wavelength. The experimental values of the linear growth rate as a function of wavenumber are fitted by a linear dispersion relation to estimate the Markstein number and the cutoff wavenumber. For a constant equivalence ratio with increasing values of the dilution in oxygen, the cutoff wavenumber grows with the flame velocity and it is becoming more unstable. The cutoff wave number rises also when the equivalence ratio increases for propane-air mixture and decreases for methane-air mixture, in relation to the evolution of thermal diffusive effects. An enlargement in the thickness of the Hele-Shaw cell results in an increase of the growth rate for small wavenumbers thus in the Markstein number, and in a decline in the growth rate for the large wavenumbers, in relation with the effects of heat losses

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Noh, Dong-Soon. "Contribution à l'étude expérimentale d'une flamme turbulente de prémélange hydrogène-air : caractéristique des champs de vitesse et de la structure spatiale du front". Rouen, 1991. http://www.theses.fr/1991ROUES014.

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Ce mémoire concerne l'étude expérimentale de la flamme turbulente en V d'un prémélange hydrogène-air en régime de flamme plissée. Les influences de la turbulence initiale, du confinement et de la richesse sur le champ de vitesse et la structure spatiale du front de flamme ont été étudiées. Les champs de vitesse conditionnel et non conditionnel ont été mesurés par vélocimétrie Doppler laser. La statistique de la structure spatiale du front a été réalisée par tomographie laser couplée au traitement d'image. La corrélation entre les fluctuations de vitesse de l'écoulement et de position du front a été réalisée en les mesurant simultanément. L'ensemble des effets du passage intermittent du front, de la propriété du mélange et de la configuration de la flamme a une influence différente sur le champ dynamique apparent. Les évolutions de la structure spatiale du front de flamme dépendent de la turbulence initiale et non de la turbulence locale. Le comportement de la flamme augmente la zone d'intermittence mais cela ne modifie pratiquement pas la caractéristique du plissement du front. Il est démontré qu'il y a une différence entre l'échelle de plissement du front et l'échelle de longueur scalaire (proposée dans le modèle BML). Dans notre condition de flamme, la corrélation des fluctuations de vitesse et de position signifie que la position spatiale du front est associée à l'écoulement des gaz frais

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Roussel, Olivier. "Développement d'un algorithme multirésolution adaptatif tridimensionnel pour la résolution des équations aux dérivées partielles paraboliques : application aux instabilités thermo-diffusives de flamme". Aix-Marseille 2, 2003. http://www.theses.fr/2003AIX22006.

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Jiang, Chongjun. "Etude des alternances récurrentes dans les skarns et des instabilités du front de dissolution/précipitation". Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 1993. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01052909.

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Cette thèse se propose de discuter la formation des alternances récurrentes dans les skarns et la précipitation oscillante par métasomatose en contexte métamorphique. On commence par discuter deux types d'alternances de Rio Marina (Ile d'Elbe, Italie). Les directions des bandes sont parallèles à la zonation des skarns ou au contact entre le skarn et le calcaire. Les études géochimiques montrent que les skarns à alternances et les skarns ordinaires sont formés sur des calcaires massifs et homogènes et que la formation des skarns nécessite des apports importants de silice et de fer et de lessivages de calcium et de gaz carbonique. La comparaison des alternances de Rio Marina avec d'autres exemples d'alternances a permis d'énoncer les règles suivantes: (1). Les alternances apparaissent généralement sous 2 formes: des strates alternantes ou des structures orbiculaires. (2) Les épaisseurs des bandes varient de 0,2 mm a 6 mm ; les épaisseurs des bandes claires et des bandes sombres sont les mêmes dans la plupart des cas. (3) Dans les alternances, il y a au moins un minéral qui est constitué non seulement d'un élément provenant de la dissolution des carbonates comme Ca et Mg mais aussi d'un élément provenant du fluide comme Si et Fe. le deuxième minéral dans les alternances est compose essentiellement d'éléments provenant du fluide comme Si et Fe. La formation des bandes requiert le couplage de la précipitation des minéraux en alternances et de la dissolution de la roche carbonatée. Des modèles qualitatifs sont établis pour discuter le mécanisme possible d'apparition de ce type de structure spatiale.

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Masse, Laurent. "Etude linéaire de l'instabilité du front d'ablation en fusion par confinement inertiel". Aix-Marseille 1, 2001. http://www.theses.fr/2001AIX11052.

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L'objet de cette thèse concerne l'étude des instabilités hydrodynamiques pouvant se développer durant une expérience de fusion par confinement inertiel en attaque directe, et plus particulièrement celle dite du front d'ablation. L'étude est de façon générale inspirée des méthodes et des idées de la théorie des flammes prémélangées, où apparaissent des fronts réactifs couplés à l'hydrodynamique. L'étude s'attache à comprendre de façon simple la physique des phénomènes mis en jeux. Un modèle est présenté dont l'analyse numérique et analytique, dans différentes limites de paramètres, permet de décrire l'évolution linéaire des fronts d'ablation et permet, en outre, d'obtenir les résultats classiques de la théorie des flammes. Le lien est alors fait entre les deux domaines et les rôles relatifs de l'instabilité de Darrieus-Landau et de la stabilisation diffuse sont déterminés. L'origine diffuse de la stabilisation est clairement démontrée apportant une lumière nouvelle sur la dynamique linéaire des fronts d'ablation plissés et sur la compréhension de ce type d'instabilité.

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Sensiau, Claude. "Simulations numériques des instabilités thermoacoustiques dans les chambres de combustion annulaires". Montpellier 2, 2008. http://www.theses.fr/2008MON20155.

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Les instabilités thermoacoustiques résultent du couplage entre les phénomènes instationnaires de combustion et les modes propres acoustiques basse fréquence de la configuration. Ce phénomène dégrade considérablement les performances du moteur et peut engendrer sa destruction. Ces instabilités sont pourtant couramment observées par les concepteurs de moteurs aéronautiques ou de turbines à gaz industrielles lors des essais et restent très difficiles à maîtriser. Dans cette thèse est proposée une méthodologie pour le calcul numérique de ces instabilités thermoacoustiques applicable sur des géométries industrielles annulaires complexes. Le couplage acoustique-combustion est modélisé par une équation de Helmholtz munie d'un terme spécifique aux écoulements réactifs. La discrétisation de cette équation par une méthode de type éléments finis conduit à la résolution d'un problème aux valeurs propres non linéaire, matriciel, de taille N le nombre de noeuds du maillage. La combinaison d'un algorithme de point fixe avec des méthodes de sous espace (Arnoldi intégré dans ARPACK et Jacobi-Davidson) permet de traiter ce type de problème efficacement. Les chambres de combustion aéronautiques présentant généralement des géométries annulaires multi-injecteurs, une fonction de transfert de flamme (n-tau) multi-référencée est proposée. Ce modèle montre l'existence de mode azimutaux amortis ou amplifiés, stationnaires ou tournants, selon le paramètre tau de la fonction de transfert. Cette méthodologie intégrée dans la chaîne de calcul QUIET (AVBP-N3S-NOZZLE-AVSP) est utilisée pour faire l'étude thermoacoustique de la chambre équipant le moteur ARDIDEN développé par Turbomeca. Les résultats obtenus sont en bon accord avec les simulations grandes échelles de la chambre annulaire complète
Thermoacoustic instabilities are spontaneously excited by a feedback loop between an oscillatory combustion process and one of the natural acoustic modes of the combustor. This phenomenon causes loss of performance and severe damages to the engine. However, aeronautical engines or gaz turbines manufacturers often observe this kind of instabilities during the experiments. In this work we propose a methodology dedicated to the computation of thermoacoustic instabilities usable in an industrial context. The coupling between acoustics and combustion is accounted for thanks to a specific Helmholtz equation including a reacting flow term. Using a finite element approach leads to an algebraic non-linear eigenvalue problem with N dimensions (N the number of nodes in the mesh). A point fix algorithm mixed with subspace iterative methods (Arnoldi implemented in ARPACK or Jacobi-Davidson) permits to solve this problem efficiently. Because aeronautical combustors usually present an annular shape with 10 to 20 injectors located all over the circumference, a multi-referenced (n-tau) flame transfer function is proposed. This thermoacoustic model shows amplified or damped, standing or spinning azimuthal modes depending on the parameter tau. This methodology is integrated in the calculation chain QUIET (AVBP-N3S-NOZZLE-AVSP) and it is used to study thermoacoustic instabilities of the Turbomeca ARDIDEN engine. The results are shown to be in good accordance with large eddy simulations of the whole combustor

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Laverdant, Alain. "Contribution à l'étude des instabilités de combustion des foyers aérobies". Rouen, 1991. http://www.theses.fr/1991ROUE5021.

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Les instabilités de combustion sont essentiellement dues à une interaction entre des ondes acoustiques non linéaires, des structures cohérentes et la combustion. Des calculs de modes acoustiques mettent en évidence les influences des hétérogénéités de température et de la géométrie. Dans un milieu non réactif, l'interaction des structures cohérentes, émises par un obstacle, et un mode acoustique peut conduire à un mécanisme de résonance. Une simulation numérique, réalisée à l'aide d'une adaptation du programme KIVA (Los Alamos), confirme en partie les résultats expérimentaux. L'interaction entre une flamme de diffusion et un tourbillon à noyau visqueux, étudié numériquement, donne des résultats en bon accord avec la littérature. Les calculs sont étendus à une flamme prémélangée et l'émission acoustique est évaluée analytiquement. Une simulation numérique de la combustion instationnaire sur un foyer de l'E. C. P. , effectuée à l'aide du programme KIVA, montre la présence de structures cohérentes et que la flamme est plissée. L'étude de l'influence des réactions radicalaires sur les instabilités de combustion représente la principale perspective de ce travail

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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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Noiray, Nicolas. "Analyse linéaire et non-linéaire des instabilités de combustion : application aux systèmes à injection multipoints et stratégies de contrôle". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2007. http://www.theses.fr/2007ECAP1049.

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Cette thèse de doctorat s’organise autour de la problématique des instabilités de combustion, qui résultent d’un couplage résonant entre des flammes et l’acoustique d’un brûleur. Ce phénomène d’instabilité peut apparaître dans de nombreuses configurations industrielles. Il peut avoir des conséquences particulièrement sérieuses pour les installations (vibration des structures, extinction de flammes, intensification des flux de chaleur vers les parois, rayonnement sonore puissant) et dans des cas extrêmes conduire à l’endommagement d’éléments du système. Ce type de couplage a été largement étudié. Les travaux les plus récents concernent plus spécialement la dynamique de la combustion dans les foyers avancés de turbines à gaz. Les mécanismes élémentaires entrant en jeu sont maintenant bien connus. Il reste cependant beaucoup de questions fondamentales concernant les mécanismes de couplage, la saturation des oscillations conduisant aux cycles limites observés en pratique, les phénomènes de déclenchement non linéaire des instabilités, la commutation de modes apparaissant notamment au cour de transitoires. . . L’effort scientifique important, dans lequel s’inscrit cette thèse, est mené afin de mieux comprendre les phénomènes conduisant à des régimes de combustion instables, de développer des méthodes permettant la prévision des niveaux d’oscillation au cycle limite, et de trouver des solutions efficaces permettant d’empêcher leur apparition. L’étude est à la fois menée sur le plan expérimental et théorique et numérique. Les deux résultats majeurs de cette thèse sont : (1) L’analyse de stabilité non-linéaire, (2) la mise au point d'une nouvelle stratégie de contrôle passif
Combustion instabilities induced by resonant acoustic-flame coupling occur in manypractical systems and cause severe difficulties and in extreme cases provoke failure or catastrophic damage. In most cases, the combustion process and the flow field are coupled by the system acoustic modes yielding strong oscillations of the flow and release of heat within the system. The problem has been extensively investigated over a number of years and a considerable amount of information has been gathered on the basic driving and coupling mechanisms. The present thesis aims at answering some of pending questions by combining systematic experiments, with theoretical modeling and numerical simulation. Theoretical developments are devised to model the physical phenomena encountered in the experimental layout. Numerical simulations are also used to complement the experimental and analytical work. The important results of this work are : (1) The nonlinear framework relying on the flame describing function (FDF). This constitutes a substantial progress in the understanding of mechanisms yielding limit cycles and of other nonlinear processes such as hysteresis or instability triggering, which are commonly observed in combustion applications. (2) the original passive control strategy which was developped and uses a dynamical phase converter (DPC) to reduce the sensitivity of the flame collection to incident perturbations (patent has been filed on this basis)

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Bariki, Chaimae. "Interaction entre une flamme de prémélange et une structure tourbillonnaire". Thesis, Orléans, 2018. http://www.theses.fr/2018ORLE2067.

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Comprendre et prédire les différents mécanismes en jeu dans les flammes prémélangées turbulentes est un enjeu crucial pour le dimensionnement ou l’optimisation de nombreux systèmes de combustion. Les écoulements réactifs turbulents se caractérisent par une interaction complexe entre les mouvements hydrodynamiques, le dégagement de chaleur produit par la flamme et la turbulence. Ce défi étant extrêmement difficile à relever, l’étude préalable des interactions entre une flamme plane et une structure tourbillonnaire fournit un cadre canonique idéal pour mieux appréhender et comprendre les mécanismes physiques à l’oeuvre. Dans cette perspective, des études expérimentales ont été réalisées utilisant un brûleur à jet impactant alimenté par un prémélange (méthane/air, propane/air, hydrogène/air). Un panel de techniques expérimentales ainsi que des outils numériques ont été utilisés pour caractériser finement les interactions entre une flamme de prémélange et un vortex toroïdal. En modifiant la richesse et la composition du mélange ainsi que l’intensité du vortex, le suivi temporel de l’interaction a permis d’extraire différentes informations telles que la dynamique de la surface de flamme, de l’étirement et de la courbure du front de flamme ainsi que les vitesses de déplacement/consommation. De surcroit, la structure interne du front de flamme a été étudiée en la décomposant en une zone de préchauffage et une zone de réaction
Understanding and predicting the different mechanisms at play in turbulent premixed flames is a tremendously difficult issue for sizing or optimizing many combustion systems. Turbulent reactive flows are characterized by a complex interaction between the fluid motion, the inherent heat generated by the flame and turbulence. This challenge being extremely difficult to meet, the study of the interactions between a flat flame and a toroidal vortex provide an ideal canonical framework to better understand the physical mechanisms at play. In this perspective, experimental studies were carried out using a stagnation burner fed by a premixed fuel and air (methane/air,propane/air, hydrogen/air). A panel of experimental techniques as well as numerical tools have been used to characterize thoroughly the flame/vortex interactions. By modifying the equivalence ratio, the mixture composition and the vortex intensity, the temporal evolution of the interaction enable the extraction of the flame surface, the flame front stretch and curvature as well as the displacement/consumption speeds. In addition, the internal flame structure is deeply investigated by decomposing the flame front into a preheat zone and a reaction zone

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Megninta, Abdramane. "Approche expérimentale de la dynamique d'un front de flamme oblique modulé par une allée de Von Karman". Aix-Marseille 1, 1988. http://www.theses.fr/1988AIX11147.

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Serie d'experiences en vue de determiner la reponse d'un front de flamme de premelange a des tourbillons elementaires de l'allee de von karman. Mise au point d'un nouveau banc de mesures pour l'etude de la flamme dans le sillage d'un cylindre

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Megninta, Abdramane. "Approche expérimentale de la dynamique d'un front de flamme oblique modulé par une allée de Von Karman". Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb376161249.

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Roussel, Olivier. "Développement d'un algorithme multirésolution adaptatif tridimensionnel pour la résolution des équations aux dérivées partielles paraboliques. Application aux instabilités thermodiffusives de flamme". Phd thesis, Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00719904.

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Le but de cette thèse est le développement d'un algorithme adaptatif pour la résolution des équations aux dérivées partielles paraboliques en géométrie cartésienne pour des problèmes en dimension un, deux et trois et l'application aux instabilités de flamme dans l'approximation thermodiffusive. Partant d'un schéma de discrétisation de type volumes finis explicite, nous appliquons une décomposition adaptative multi-résolution pour représenter la solution sur un maillage localement raffiné. Les flux numériques sont calculés directement sur la grille adaptative. Afin de suivre l'évolution de la solution au cours du temps, nous utilisons une stratégie d'adaptation dynamique basée sur la représentation des données en multi-résolution. Cette dernière consiste à représenter la solution à l'aide des valeurs sur une grille grossière, plus l'ensemble des différences de prédiction entre les valeurs d'une grille donnée et celles d'une grille plus fine, l'ensemble constistuant une hiérarchie de grilles emboîtées. La compression des données s'obtient en supprimant les différences inférieures à une certaine tolérance fixée. Nous validons cette méthode par la résolution numérique d'équations de référence, comme l'équation de convection-diffusion ou l'équation de Burgers diffusive, afin de montrer la précision de la méthode et son efficacité par rapport au même schéma volumes finis sur grille fine. En particulier, pour l'équation linéaire de convection-diffusion, nous donnons une relation entre la tolérance et le nombre d'échelles qui permet de réduire le temps de calcul et la place mémoire nécessaires tout en maintenant l'ordre de précision du schéma volumes finis. Ce résultat est confirmé par le calcul numérique. Nous utilisons ensuite la méthode adaptative pour étudier les instabilités de flammes pré-mélangées dans l'approximation thermodiffusive. En particulier, pour les flammes planes, nous déterminons la limite d'apparition des flammes pulsantes, limite que nous comparons aux données de la littérature, tant numériques que théoriques. Nos calculs confirment la théorie pour les grandes valeurs de l'énergie d'activation. Nous montrons également numériquement l'existence de flammes planes non-pulsantes lorsque la conduction de la chaleur est très supérieure à la diffusion des réactants. Nous étudions également les ballons de flamme et montrons que, lorsqu'ils interagissent avec une paroi adiabatique, leur comportement présente une analogie avec la capillarité en mécanique des fluides. Le dernier résultat concerne l'interaction d'un ballon de flamme avec un tourbillon. Il ouvre des perspectives sur la simulation adaptative des ballons de flamme dans un fluide en mouvement.

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Letty, Camille. "Etude d'une flamme en V diphasique : Approches expérimentale et numérique". Rouen, 2008. http://www.theses.fr/2008ROUES036.

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Cette étude porte sur des flammes en V, diphasiques, stabilisées dans un écoulement pseudo-laminaire ou modérément turbulent. Un support de combustible gazeux est également injecté pour aider à la stabilisation des flammes, en particulier en régime turbulent. Une approche expérimentale et une approche numérique (Simulation Numérique Directe) sont menées simultanément. Les mêmes outils de post-traitement sont utilisés pour traiter les résultats des expériences et des simulations. Expérimentalement, l'écoulement est caractérisé en terme de distribution en taille des gouttes (Malvern), propriétés de la turbulence (PIV), répartition qualitative de la vapeur de combustible (PLIF sur acétone) et distribution en température des gouttes (réfractométrie d'arc-en-ciel). Numériquement, l'écoulement gazeux est décrit par les équations de Navier-Stokes dans le cadre eulérien. Le couplage avec la phase liquide est de type two-way avec un solveur lagrangien pour les gouttes. La cinétique chimique dérive des résultats de chimie complexe issus de Chemkin (schéma cinétique de San Diego pour l'acétone auquel sont ajoutées les réactions d'oxydation de l'acétone). Le modèle de flamme épaissie (facteur d'épaississement et fonction d'efficacité) est utilisé, dans le cadre de la DNS à des fins d'analyse, pour permettre une réduction du maillage et un gain de temps de calcul. Les propriétés moyennes géométriques et locales de la flamme sont déterminées et analysées: morphologie des flammes, angle d'ouverture, variable de progrès, évolution du flame brush, courbure et cisaillement. L'angle d'ouverture de la flamme est utilisé pour caler les paramètres de la simulation. L'évolution de la température des gouttes devant le front de flamme est étudiée pour les différentes conditions de turbulence, selon les deux approches. Les données de la DNS sont utilisées pour développer une méthode de calcul du cisaillement, à partir des données expérimentales, selon la méthode tensorielle
This work deals with V-shaped two-phase flames stabilised in a pseudo-laminar or moderated turbulent flow. Some gaseous fuel is also injected to help turbulent flames stabilisation. An experimental approach and a numerical approach (Direct Numerical Simulation) are conducted simultaneously. The same tools are used for post-processing of experimental and numerical data. The flow is experimentally charaterised in term of droplet size distribution (Malvern), turbulent properties (PIV), qualitative fuel repartition (PLIF on acetone) and droplet temperature distribution (rainbow refractometry). The gaseous flow is numerically defined by Navier-Stokes equations in an eulerian framework. Two-way coupling is use to determine interaction of gaseous and liquid phases. A lagrangian solver is used for the dispersed phase. Chemical kinetics is derived from complex chemistry results computed with Chemkin (San Diego mechanism for n-heptane with acetone oxydation reactions). Flame front is artificially thickened (Flame thickness factor and efficiency function). This enables reduction of the mesh size which is time saving. Mean geometrical and local properties of the flame front are determined: morphology, flame angle, progress variable, flame brush evolution, curvature and strain rate. The mean flame angle is used to ajust DNS parameters. The evolution of the droplets mean temperature is presented for different turbulent conditions and from experimental and numerical approaches. DNS fields are used to develop a calculation method of strain rate from experimental data following tensorial method

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Rojas, René. "Sur des Gouttes, Cristaux Liquides et Front". Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00129102.

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Cette thèse se compose de trois parties. Dans la première est étudiée la vitesse d'un front entre un état homogène et un état périodique lorsque l'on ajoute les termes non résonants à la forme normale. On voit que cette vitesse est nulle sur un intervalle fini autour du point de Maxwell.

La seconde partie est consacrée à l'étude d'une goutte déposée adiabatiquement sur un solvant plus dense. La goutte tombe dans le solvant jusqu'à une hauteur minimale, ensuite la fragmentation a lieu et les gouttelettes secondaires remontent à la surface. On a developpé un modèle théorique qui inclut l'essentiel du phénomène et prédit les échelles correctes du temps de montée et de la hauteur minimale.

La troisième partie concerne l'étude linéaire du modèle de la valve à cristaux liquides avec rétro-action optique. Elle permet de comprendre un nouveau type de structures localisées qui apparaissent comme des pics isolés sur une structure spatiale de plus faible amplitude.

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Chanut, Clément. "Etude expérimentale de la propagation du front de flamme et de la vitesse de combustion d'une explosion de poussières d'aluminium". Thesis, IMT Mines Alès, 2018. http://www.theses.fr/2018EMAL0008/document.

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’explosion est un phénomène redouté dans les installations industrielles. Le risque d’explosions impliquant des poussières combustibles est présent dans un grand nombre d’industries d’activités différentes, compte tenu de la grande diversité de poussières combustibles : les poussières organiques (farine, charbon, sucre…) mais aussi les poussières métalliques (aluminium, magnésium…). En effet, toutes ces poussières combustibles si elles sont suffisamment fines, et si elles sont en suspension dans l’air, peuvent provoquer des explosions. Les industriels doivent donc quantifier et maîtriser ce risque au sein de leurs différentes installations. Dans le cas des explosions de gaz, l’état actuel des connaissances permet une compréhension et une modélisation précise du phénomène. Cependant, l’état des connaissances est plus limité dans le cas des explosions de poussières, notamment à cause de la plus grande difficulté à étudier ces dernières expérimentalement. Des modèles, basés sur les explosions de gaz, existent néanmoins dans le cas des explosions de poussières. Ces derniers semblent cohérents dans le cas d’explosions de poussières organiques mais inadaptés au cas des poussières métalliques.Ces travaux de thèse s’intéressent à l’étude expérimentale de la propagation de la flamme lors d’une explosion de poussières d’aluminium. Afin de modéliser une propagation éventuelle de flamme lors d’une explosion, une première approche expérimentale est nécessaire. Pour cette étude expérimentale des prototypes ont été spécialement conçus, puis améliorés, au cours des différents tests réalisés. La description de ces travaux est divisée en deux parties.Dans un premier temps, la mise en suspension de la poudre est étudiée. En effet, afin de pouvoir étudier ce phénomène d’explosion, un système de mise en suspension de la poudre a été élaboré. Une première partie de l’étude permet donc de s’assurer que la suspension obtenue est homogène en termes de concentration. Par la suite, le niveau de turbulence obtenue dans l’enceinte après la fin de la mise en suspension de la poudre est étudié. En effet, ce paramètre influe grandement sur la propagation de la flamme, augmentant ainsi les conséquences de l’explosion.Par la suite, la propagation de la flamme est étudiée. Pour cela, la suspension précédemment obtenue est enflammée à l’aide d’un arc électrique. Le phénomène est étudié au travers de la visualisation de la propagation de la flamme et par l’évolution de la pression dans le prototype. Deux principales méthodes optiques, l’une basée sur la visualisation de la lumière émise par la flamme et l’autre sur la visualisation de variations d’indice de réfraction (liées à des variations de température), sont utilisées. A partir de ces dernières la vitesse de propagation de la flamme dans le référentiel du laboratoire est étudiée. Cependant, cette vitesse dépend fortement du prototype utilisé pour son étude. Ainsi, une méthode est utilisée afin d’en déduire la vitesse de combustion, correspondant à la vitesse de consommation des réactifs par la flamme. Des limites potentielles de cette méthode sont par la suite exposées, et une nouvelle méthode de détermination de cette vitesse est alors proposée
Explosions are one of the most feared events in the industry. Risk of explosions with combustible dusts can occur in a large variety of industry of different fields, because of the large amount of combustible dusts: organic dusts (flour, carbon, sugar…) but also metallic dusts (aluminum, magnesium…). All of these combustible dusts, if they are fine enough, and if they are dispersed in the air, can cause explosions. Companies have to quantify this risk present in their plant. Concerning gas explosions, the current state of knowledge allows an understanding and a precise modelling of the phenomenon. However, the state of knowledge about dust explosions is more limited, especially because of the difficulty to study the explosions experimentally. Some models, based on gas explosions, exist for the case of dust explosion. These models seem coherent in the case of organic dust explosions but less adapted for metallic dust.This PhD work focus on the experimental study of flame propagation during an aluminum dust explosion. To model an eventual propagation of the flame during the explosion, an experimental approach is required. For this experimental study, specific prototypes have been elaborated, and then improved, during the different tests. This work is mainly separated in two parts.In a first part the dispersion of the dust is studied. Indeed, to study the explosion phenomenon, a system has been elaborated to disperse the dust. A first part of study allows checking that the dispersion is well homogeneous in terms of concentration. Then, the turbulence level inside the prototype after the end of the dispersion is studied. Indeed, this parameters influence a lot the flame propagation, increasing the consequences of the explosion.Then, the flame propagation is studied. The dust dispersion, previously studied, is ignited by an electric spark. The phenomenon is studied thanks to visualization of the flame propagation and by the evolution of the pressure inside the prototype. Two main optical techniques, one based on the light emitted by the flame, the other one linked to refractive index variations (due to temperature variations) are used. Thanks to these methods, the propagation velocity in the laboratory referential is studied. However, this velocity depends mainly on the prototype used for his determination. A method is used to determine the burning velocity (consumption rate of the reactants by the flame front). Some potential limits of this method are then exposed, and a new method of determination of this burning velocity is proposed

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Vignat, Guillaume. "Injection and combustion dynamics in swirled spray flames and azimuthal coupling in annular combustors". Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASC024.

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Le déploiement de technologies à faibles émissions dans les moteurs d’avion ne nécessite pas seulement que les nouvelles conceptions émettent des quantités réduites de polluants, mais également que leur comportement dynamique (allumage, extinction et instabilités de combustion) soit compatible avec les normes de sécurité élevées en vigueur dans l’aéronautique. Ce travail de recherche se concentre sur ces derniers aspects. Une chambre annulaire transparente équipée de 16 injecteurs swirlés représentant à échelle réduite le foyer d’un moteur d’hélicoptère est utilisée conjointement avec un système à un seul secteur pour étudier les problèmes dynamiques. Théorie, expérimentation et simulation aux grandes échelles sont combinées pour examiner une gamme de questions ayant trait à la dynamique de l’injecteur, la structure de l’écoulement, la détermination du niveau de rotation, les caractéristiques du spray, le couplage entre l’injection et le champ acoustique. Une base de données d’injecteurs est introduite pour étudier l’impact des paramètres d’injection sur la dynamique de la combustion. Ces injecteurs sont examinés dans des conditions stables et instables en combinant des diagnostics laser et des simulations permettant la caractérisation de comportements spécifiques à la dynamique du spray et du système d’injection. Un résultat important est que la présence d’un film liquide formé sur la paroi de l’injecteur induit une distribution multimodale des vitesses des gouttelettes. Une nouvelle méthode est introduite pour examiner le comportement spatio-temporel de l’écoulement et de la flamme lorsque l’injecteur est soumis à des modulations axiales. Une étude du processus par lequel les perturbations convectives se couplent au champ acoustique permet d’examiner les délais qui contrôlent l’instabilité de combustion et d’identifier les rôles respectifs de la convection et de l’évaporation des gouttes. La tomographie à grande vitesse reposant sur des particules de SnO2 fournit des résultats majeurs sur la structure du noyau tourbillonnaire en précession et montrent son comportement sous forçage acoustique. L’impact de la perte de charge de l’injecteur sur les instabilités de combustion est examiné à l’aide de plusieurs systèmes d’injection avec des niveaux de rotation semblables. Il est démontré que ce paramètre joue un rôle majeur dans le couplage entre la flamme et le plénum. Les résultats précédents sont utilisés pour guider les expériences sur la chambre de combustion annulaire. L’accent est mis sur les oscillations de combustion de grande amplitude couplées par un mode azimutal stationnaire induisant une extinction de flamme au voisinage de la ligne nodale de pression. La déformation du champ acoustique est suivie à l’aide d’une développement en série d’harmoniques azimutaux permettant la détermination des conditions critiques conduisant à ce phénomène. De nouveaux résultats sont également présentés sur la dynamique transitoire d’un injecteur lors de l’allumage et sur l’extinction pauvre avec une preuve de concept de la possibilité d’étendre la limite d’extinction par des décharges plasma nanoseconde
The deployment of low-emission technologies in aero-engines does not only require that new designs produce reduced amounts of pollutants, but also that their dynamical behavior (ignition, blow-off, and combustion instabilities) be compatible with the high safety standards prevailing in aeronautics. This research is focused on the latter aspect of combustor design. A transparent annular combustor equipped with 16 swirled spray injectors is used to represent at the laboratory scale the combustion chamber of a jet engine. This system is used in conjunction with a single sector rig to investigate dynamical issues.Theory, experimentation and large eddy simulation are combined to examine a range of items pertaining to the injector dynamics, flow structure, swirl number determination, spray characteristics, and coupling between injector flow and acoustic field. A database of injectors is introduced to investigate the impact of injection parameters on combustion dynamics. These injectors are examined under steady and unsteady conditions by combining laser diagnostics and high-fidelity simulations which allows the characterization of spray-specific behaviors of relevance to the dynamics of injection systems. One important result is that the presence of a liquid film formed on the wall of the injection unit gives rise to a multi-modal distribution of droplet velocities. A novel method is introduced to examine the space-time behavior of the flow and flame of a swirling injector submitted to axial modulations. A detailed investigation of the process by which convective perturbations couple with the acoustic field allows to examine the time lags that control combustion instability and sort out the respective roles of convection and droplet spray evaporation. High speed tomography relying on SnO2 particles provides major results on the Precessing Vortex Core structure and show its behavior under acoustic forcing. The impact of injector head loss on combustion instabilities is examined using several injection systems with similar levels of swirl. The head loss is shown to play a major role in the coupling between the flame and the upstream plenum. The previous results obtained in a single sector rig are used to guide experiments on the annular combustor. The focus is placed on high amplitude combustion oscillations coupled by a standing azimuthal mode inducing flame blow-off near the pressure nodal line. The deformation of the acoustic distribution is tracked using a novel expansion on azimuthal harmonics allowing the determination of the critical conditions leading to this phenomenon. New results are also presented about the transient dynamics of an injector during ignition and about lean blow out with a proof of concept extension of the LBO limit by nanosecond plasma discharges

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Wangher, Athéna. "Réponse de flammes de prémélange à des oscillations de pression". Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00453390.

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Parmi les mécanismes susceptibles de contribuer à une instabilité thermoacoustique, l'effet direct de la pression acoustique sur la structure interne d'une flamme a été étudié analytiquement, mais n'a jamais été mesuré. L'objectif de ce travail est de présenter une étude expérimentale de la réponse de flamme à une sollicitation acoustique. Les analyses théoriques existant dans la littérature ont été réalisées dans le cadre d'un modèle de flamme simplifié, avec une réaction globale à une étape. Elles fournissent une évaluation de la réponse de flamme en termes de consommation massique instationnaire, ainsi qu'en termes de taux de dégagement de chaleur. Nous avons conçu et réalisé un dispositif expérimental unique dans lequel des flammes laminaires prémélangées de méthane et de propane sont maintenues parfaitement planes par stabilisation paramétrique, et excitées par une oscillation de pression à fréquence variable. La réponse instationnaire de la flamme est mesurée par la chimiluminescence du radical excité OH*, supposée, a priori, proportionnelle au taux de réaction. Les mesures confirment l'existence d'un effet direct de la pression sur l'intensité instantanée de l'émission OH*, mais ne reproduisent pas les tendances prévues par l'analyse, en particulier pour les grandes valeurs de la fréquence réduite. Une étude numérique et expérimentale de la relation entre l'intensité de chimiluminescence de OH* et le taux de consommation massique d'une flamme stationnaire a été réalisée, avec l'objectif de corriger nos mesures. Cependant, le résultat de cette étude ne fait qu'aggraver le désaccord avec les prévisions analytiques. Ces résultats ont suscité une nouvelle analyse théorique, basée sur des modèles de flamme plus complexes, qui montre que le modèle de cinétique chimique peut fortement influencer la réponse instationnaire d'une flamme à des oscillations de pression acoustique. Le meilleur accord avec nos résultats expérimentaux est obtenu pour le taux de dégagement de chaleur instationnaire.

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Lamraoui, Ammar. "Acoustique et dynamique de flamme dans un foyer turbulent prémélangé swirlé : application à l'étude du bruit de combustion dans les chambres de turbines à gaz". Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00678248.

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La réduction des émissions de polluants et l'augmentation du rendement des moteurs ont conduit à une large utilisation de régimes de combustion pauvres en carburant dans les foyers de type moteurs aéronautiques et turbines à gaz. Des phénomènes de bruit et d'instabilités de combustion peuvent alors apparaître. Des fluctuations cycliques auto-entretenues de la pression au sein d'un foyer peuvent conduire à une limitation des régimes de fonctionnement ou une usure rapide et indésirable des installations et dans certains cas une destruction du système. L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier les mécanismes responsables du bruit de combustion et des instabilités dans un foyer turbulent prémélangé swirlé. L'étude repose sur une analyse du champ de pression au sein du foyer, de la dynamique de la combustion et une caractérisation détaillée des conditions limites en amont, aval et dans les lignes d'alimentation en combustible et en comburant. Le banc expérimental CESAM ("Combustion Étagée Swirlée Acoustiquement Maîtrisée") est utilisé au cours de ce travail. Basée sur des observations expérimentales, une étude théorique de l'acoustique du foyer est tout d'abord réalisée grâce à un modèle à deux cavités couplées qui modélisent le tube de prémélange et la chambre de combustion de ce banc. Les fréquences et les structures spatiales des modes propres du foyer sont examinées, et des comparaisons sont menées avec les résultats expérimentaux. La condition limite au fond du tube de prémélange est mesurée, et utilisée comme entrée dans le modèle. L'effet de cette condition sur la prévision des fréquences des modes propres est examiné. Par la suite, le code de calcul AVSP est utilisé pour valider les résultats obtenus avec le modèle couplé. L'interaction entre ces modes acoustiques et la flamme est mise en évidence en caractérisant la dynamique de l'écoulement réactif. La vélocimétrie par images de particules (PIV) à haute cadence est utilisée. Une première étude est menée sur les champs de vitesse moyens et fluctuants puis on s'intéresse à l'analyse spectrale des champs de vitesse instantanés, rendue possible par la haute cadence du diagnostic. Un post-traitement faisant intervenir une méthode de détection des tourbillons est ensuite mis en oeuvre en utilisant le critère _2. Des structures cohérentes sont convectées le long du front de flamme à la fréquence du second mode instable du foyer. Le chapitre précédent ayant permis de montrer que ce mode acoustique était essentiellement associé au tube de prémélange, le mécanisme de couplage est clairement identifié. Par la suite, un traitement en moyenne de phase est appliqué aux champs de vitesse axiale. Des mouvements de battements des bras de la flamme dans les directions longitudinale et transverse sont mis en évidence aux fréquences des modes instables. L'émission naturelle de la flamme est également mesurée avec une caméra rapide. Une analyse spectrale et un traitement en moyenne phase avec transformée d'Abel sont appliqués aux images pour caractériser les régions de la flamme présentant une forte réponse aux fréquences des modes acoustiques du foyer. Les mécanismes à l'origine du bruit sont analysés en corrélant les mesures optiques et acoustiques. Au cours de cette étude, des fonctions de transfert de flamme FTF sont également caractérisées aux fréquences des modes propres du foyer, liant perturbations amont et réponse de flamme. La vitesse acoustique est reconstruite dans le tube de prémélange à partir des mesures des microphones. La FTF est calculée grâce aux mesures de vitesse par PIV, à l'émission des radicaux OH* et CH* et à l'émission naturelle de la flamme obtenue par caméra rapide. La caractérisation et la modélisation du système composé du tube de prémélange et de la chambre de combustion montrent qu'il est nécessaire de s'intéresser à l'influence des conditions aux limites sur les propriétés de la flamme et la stabilité du brûleur.

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Kaprielian, Leslie. "Modélisation 0D pour la combustion dans les moteurs à allumage commandé : développements en proche paroi et dans le front de flamme". Thesis, Paris, ENSAM, 2015. http://www.theses.fr/2015ENAM0012/document.

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Depuis quelques années, les modèles 0D trouvent un regain d'intérêt auprès des motoristes. En effet, ces modèles, fournissant aisément un comportement thermodynamique du moteur, peuvent être couplés avec des outils de contrôle moteur. Néanmoins, leur précision doit être augmentée, pour répondre aux enjeux technologiques actuels. Dans les moteurs à allumage commandé, la flamme turbulente prémélangée est modélisée comme un ensemble de flammelettes cohérentes entre elles. Cette approche généraliste nécessite un traitement particulier en proche paroi, motivé par une modification de la structure de flamme due aux couches limites thermique et cinématique. Ce présent travail propose des approches de modélisations 0D de la combustion, en proche paroi et dans la zone réactionnelle de la flamme. Pour modéliser la combustion en proche paroi, la flamme est scindée en une contribution en propagation libre, et une contribution en interaction avec les parois. Chaque contribution est divisée en une zone de transport, dans laquelle l'entraînement des gaz frais est décrit, et une zone de réaction, dans laquelle la réaction de combustion est modélisée. L'ajout d'une zone de réaction en interaction avec les parois permet de modéliser un gradient de température et une réaction de combustion ralentie en proche paroi. Pour modéliser la zone réactionnelle, une discrétisation de la flamme en N zones de réaction indépendantes est proposée. Une plage de fonctionnement moteur a été simulée avec nos approches de modélisation, afin de quantifier la variabilité des paramètres de calibration. Pour ce faire, les modèles sont calibrés sur chaque point de fonctionnement, par une méthode de minimisation de l'erreur quadratique moyenne sur la loi de dégagement d'énergie. Des corrélations aisées de paramètres de calibration peuvent être établies, en fonction de paramètres moteurs. Les résultats de simulations, obtenus à partir de ces corrélations, sont satisfaisants
Recently, the interest for zero-dimensional models has increased. Indeed, these models provide easily the engines thermodynamic behavior and can be coupled with control tools. However, their accuracy must be improved to meet the current technological challenges. In the spark ignition engines, the premixed turbulent flame is modeled as a set of coherent flamelets. This approach requires special treatment near the walls, motivated by the modifications of the flame structure due to boundary layers. The present work proposes 0D modeling of combustion near the walls and in the reaction zone of the flame. To combustion model near the walls, the flame is divided into a free propagation contribution, and an interacting contribution with the walls. Each contribution is divided into a convective zone, wherein the entrainment of fresh gas is described, and a reaction zone, wherein the combustion reaction is modeled. Adding a reaction zone near the walls allows modeling a thermal gradient and a slower combustion reaction near the walls. To model the reaction zone, a flame discretization is made into several reaction zones. An engine operating range is simulated with our models, for quantifying the calibration parameters variability. To do this, models are calibrated on each operating point, by a method of minimization of the quadratic error on the heat released rate. Linear correlations can be found, depending on engines parameters. A good agreement between experimental data and simulation results is obtained with these parameters correlations

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Ghani, Abdulla. "Simulation aux grandes échelles des instabilités de combustion transverses des flammes parfaitement prémélangées et swirlées diphasiques". Thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://www.theses.fr/2015INPT0068/document.

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Dans cette thèse, les instabilités de combustion sont étudiées sur deux types de configuration. Tout d’abord, un cas académique stabilisé par un dièdre (Volvo) est étudié. Les simulations sont validées par comparaison avec les données expérimentales. En faisant varier le point de fonctionnement, des modes transverses et longitudinaux sont observés, en bon accord avec les données expérimentales en termes de fréquence des fluctuations de pression et de la dynamique de l’écoulement. Dans un second temps, une configuration proche des cas industriels a été étudiée dans le cadre du projet européen KIAI (Lotar). Les données expérimentales ont été obtenues lors d’une campagne d’essais à l’ONERA. Plusieurs simulations aux grandes échelles sont conduites sur cette configuration. Les instabilités transverses de combustion sont analysées et les mécanismes essentiels qui les pilotent sont identifiés. Sur la base de ces observations, la forme du modèle à Fonction de Transfert de Flamme est modifiée et associée à un solveur de Helmholtz pour prédire la stabilité des modes transverses. Les résultats obtenus par le solveur acoustique sont en bon accord avec la carte de stabilité obtenue par la simulation aux grandes échelles
In this work longitudinal and transverse combustion instabilities are studied in two types of configurations. While longitudinal modes have been observed in many previous studies at low frequencies, the present work also focusses on high-frequency transverse modes. First, a premixed flame stabilized on a V-fame holder is investigated where experimental results obtained by Volvo are used to validate the simulations. For different operating conditions, longitudinal and transverse modes are observed in Large Eddy Simulations (LES) and show good agreement with the experimental data in terms of pressure frequency and flow dynamics. In a second step, a semi-industrial case is examined within the European project KIAI. Experiments are conducted by ONERA and LES of this two-phase flow configuration (called Lotar) are carried out. Transverse combustion instabilities are analyzed and key elements which drive instabilities are identied. These observations are used to reformulate the classic Flame Transfer Function (FTF) in order to predict the stability of transverse modes by use of an Helmholtz solver. The results reproduce fairly well the stability map generated by LES

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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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Pajot, Olivier. "Etude expérimentale de l'influence de l'aérodynamique sur le comportement et la structure du front de flamme dans les conditions d'un moteur à allumage commandé". Orléans, 2000. http://www.theses.fr/2000ORLE2018.

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Durant ces dernieres decennies, la legislation concernant les emissions polluantes des moteurs des vehicules automobiles s'est montree de plus en plus draconienne. Dans le cas du moteur a allumage commande, les constructeurs automobiles ont repondu a cette contrainte par le post-traitement des gaz d'echappement par catalyse trois voies. Le souci de limiter l'effet de serre (protocole de kyoto, 1997) apporte une nouvelle dimension en reglementant les emissions de co 2, ce qui implique une diminution de la consommation des vehicules. Dans cette optique, la solution du fonctionnement en melange pauvre peut sembler une voie prometteuse, a condition de resoudre les problemes inherents a ce mode, a savoir une forte instabilite de fonctionnement. Parmi les causes connues de l'irregularite cyclique, la fluctuation des ecoulements internes du moteur a allumage commande s'avere etre de premiere importance. Ce travail s'inscrit dans ce cadre, et propose, par une approche experimentale, d'obtenir de nouvelles donnees sur l'impact de l'aerodynamique interne sur la phase initiale de la combustion. Son originalite reside dans l'utilisation de techniques d'imagerie recentes, appliquees sur un moteur a acces optiques. Parmi ces techniques, la velocimetrie par images de particules (vip) permet la mesure des deux composantes de la vitesse d'un ecoulement, dans un plan de mesure delimite par une nappe laser. Cette technique est utilisee dans un premier temps pour obtenir une mesure de la structure tridimensionnelle de l'ecoulement moyen au moment de l'allumage. Un post-traitement des donnees est effectue dans le but d'extraire les grandeurs caracterisant la turbulence dans le cylindre au meme instant. L'utilisation simultanee de la technique

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Egly, Hugues. "Contribution à la modélisation et à la simulation des instabilités de type Rayleigh-Taylor ablatif pour la FCI". Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066684.

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Cette thèse s’intéresse à la dynamique des fronts d’ablation accélérés se développant dans les expériences de Fusion par Confinement Inertiel. La FCI est un procédé destiné à obtenir l’implosion d’une capsule de deutérium ou de tritium en la comprimant par irradiation de sa couche extérieure, l’ablateur. Le front d’ablation parcourant cette coquille superficielle est déformé par des perturbations hydrodynamiques pouvant compromettre l’allumage d’une réaction de fusion. Ces travaux proposent donc une étude numérique de l’apparition d’instabilités de Rayleigh-Taylor dans le processus d’ablation, étudié en deux dimensions d’espace. La résolution numérique s’appuie sur une modélisation asymptotique du phénomène dans la limite d’un grand rapport de température entre le plasma chaud vaporisé par le laser et l’ablateur encore froid. Cette modélisation est effectuée en deux étapes. Tout d’abord, la partie thermo-diffusive est approchée par un système de type Hele-Shaw. Nous considérons ensuite la partie hydrodynamique comme une perturbation du système précédent. Asymptotiquement, il s’agit de résoudre l’advection d’une nappe de vorticité localisée sur le front. La discrétisation du système limite passe par une formulation eulérienne couplée avec un suivi de front par des marqueurs. La partie thermique est résolue par la méthode de la Frontière Elargie récemment développée et la partie hydrodynamique par une méthode de Volumes Finis
This thesis deals with the dynamics of accelerated ablative front spreading in Inertial Confinement Fusion experiments. ICF is designed for the implosion of a mdeuterium or tritium spherical target. The outer shell, the ablator, is irradiated providing a high level pressure inside the target. During this first stage, the ablation front propagating inward is perturbed by hydrodynamics instabilities, which can prevent the fusion reaction in the decelerated stage. We propose here a study on Rayleigh-Taylor instabilities during ablation process, in the two dimensional case. In order to obtain a numerical solution, we perform an asymptotic analysis in the limit of a high temperature ratio, between the remaining cold ablator and the hot ablated plasma. This study is divided in two steps. First, the thermo-diffusive part of the set of equations is approximated by a Hele-Shaw model, which is then perturbed by the hydrodynamics part. Using a vortex method, we have to solve the advection of a vortical sheet moving with the ablation front. We compute the numerical solution on an eulerian mesh coupled with a front tracking method. The thermal part is calculated by implementing the Fat Boundary Method, recently developped. The hydrodynamic part is obtained from a Finit Volume scheme

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Fragner, Romain. "Caractérisation expérimentale des plissements à petite échelle dans une flamme turbulente prémélangée : effets de la pression". Thesis, Orléans, 2014. http://www.theses.fr/2014ORLE2072/document.

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Le présent travail est une étude expérimentale sur l’interaction entre flamme et turbulence. L’effet de la pression sur le plissement de flammes turbulentes prémélangées est caractérisé à l’aide de diagnostics laser et fil chaud. Dans un premier temps, la caractérisation de la turbulence générée par un système multi-échelles a été réalisée. Il a été démontré que ce dispositif amplifie le taux de turbulence de 40% par rapport à un dispositif mono-grille de maille équivalente. De même, les petites échelles de turbulence sont trouvées expérimentalement plus petites et plus énergétiques pour le système multi-grilles. A partir de ces résultats, l’étude des interactions entre flamme prémélangée et turbulence a été effectuée. En utilisant le diagnostic par tomographie laser, le front de flamme de plusieurs prémélanges a été étudié. En modifiant les conditions de mélange, l’effet des paramètres comme le nombre de Lewis, les conditions de turbulence ou les petites échelles ont pu être observés. Le faible impact des instabilités thermodiffusives sur la courbure du front de flamme et sur la dynamique de la flamme a été démontré. En revanche, l’effet des conditions de turbulence a été démontré comme important sur les caractéristiques du front de flamme. De plus, les résultats obtenus ont montré l’impact majeur de l’échelle de Taylor sur le plissement du front de flamme pour les conditions expérimentales de la présente étude
The present work is an experimental study on the interactions between flame and turbulence. The pressure effect on the flame front wrinkling is characterised using laser diagnostics and hot wire anemometry. To begin with, the turbulence generated by a multi-grid system is characterised. It is shown that the present system produces a higher turbulence rate by 40% than for an equivalent mesh single-grid system. Moreover, the small turbulence scales sizes are experimentally found smaller with the multi-grid system. From those results, the interactions between premixed flames and turbulence were studied. By using the laser tomography diagnostic, the flame front of several gases premixes was observed. By changing the mixing conditions, the effect of parameters such as the Lewis number, the turbulence conditions and the small scale was observed. The low impact of the thermodiffusives instabilities in our conditions was demonstrated. However, the important effect of the turbulence conditions on the flame front characteristics was observed. Moreover, the present results showed the major impact of the Taylor micro scale on the flame front wrinkling for these study experimental conditions

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Ghilani, Mustapha. "Simulation numérique de flammes planes stationnaires avec chimie complexe". Paris 11, 1987. http://www.theses.fr/1987PA112325.

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L'objectif de cette thèse est la résolution numérique d'un système d'équations différentielles non-linéaire décrivant une flamme plane stationnaire, avec chimie complexe et modèles de transport et de diffusion réalistes, par la méthode des éléments finis décentrés de Petrov-Galerkin. Du point de vue numérique nous montrons que l'utilisation de la méthode de Petrov-Galerkin supprime les instabilités spatiales qui apparaissent lors de l'utilisation d'un schéma centré, ce qui augmente la robustesse du schéma sans détériorer sa précision. Du point de vue mathématique nous présentons un nouveau résultat concernant l'analyse numérique des méthodes implicites utilisées pour le calcul des flammes stationnaires. Trois études ont été réalisées par cette méthode sur la flamme d'oxydation d'hydrogène dans l'air: la première sur une flamme stœchiométrique, la deuxième sur la variation de la vitesse de propagation de la flamme avec la richesse du mélange, et la troisième sur un phénomène d'extinction purement cinétique.

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Delorme, Barthélémy. "Etude expérimentale des conditions initiales de l'instabilité de Rayleigh-Taylor au front d'ablation en fusion par confinement inertiel". Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0490/document.

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Les différents dimensionnements et expériences de Fusion par Confinement Inertiel (FCI) en attaque directe comme indirecte montrent qu'une des principales limites à l'atteinte de l'ignition est l'instabilité de Rayleigh-Taylor (IRT) qui cause la rupture de la coquille de la cible en vol et potentiellement le mélange du combustible chaud du coeur avec celui, froid, de la coquille. La connaissance, la compréhension et la maîtrise des conditions initiales de ce mécanisme sont donc d'un grand intérêt. Nous présentons ainsi une étude expérimentale et théorique des conditions initiales de l'IRT ablative en attaque directe au travers de deux campagnes expérimentales réalisées sur le laser OMEGA (LLE, Rochester). La première campagne concerne l'étude de l'instabilité de Richtmyer-Meshkov (IRM) ablative imprimée par laser ; cette instabilité commence à se développer au début de l'irradiation laser et fixe l'ensemencement de l'IRT. Nous avons mis en place une configuration expérimentale qui a permis de mesurer l'évolution temporelle de l'IRM ablative imprimée par laser pour la première fois. Nous présentons ensuite une interprétation des résultats de cette expérience par des simulations hydrodynamiques réalisées avec le code CHIC, ainsi que par un modèle théorique de l'IRM ablative imprimée par laser. Nous montrons que le moyen le plus direct de contrôler cette instabilité est de réduire l'amplitude des défauts d'intensité laser. Ceci peut être accompli en utilisant des cibles couvertes par une couche de mousse de basse densité. Ainsi, lors de la deuxième campagne, nous avons étudié pour la première fois l'effet de mousses sous-denses sur la croissance de l'IRT ablative. Au cours de ces expériences, des feuilles de plastique recouvertes d'une couche de mousse ont été irradiées par un faisceau laser portant une perturbation d'intensité destinée à imprimer des modulations sur la cible. Différentes données expérimentales sont présentes : rétrodiffusion de l'énergie laser, dynamique de la cible obtenue par mesure de côté d'auto-émission et radiographies de face faisant apparaître l'effet des mousses sur les modulations de densité surfacique des cibles. Ces données ont ensuite été interprétées à l'aide de simulations CHIC et du code d'interaction laser-plasma PARAX. Nous montrons qu'une des mousses réduit l'amplitude des modulations de l'intensité laser d'un facteur 2. Par conséquent, cette thèse a donné lieu au développement de configurations expérimentales et d'un ensemble d'outils de dépouillement numériques pour l'étude approfondie des instabilités hydrodynamiques en FCI
Numerous designs and experiments in the domain of Inertial Confinement Fusion (ICF) show that, in both direct and indirect drive approaches, one of the main limitations to reach the ignition is the Rayleigh-Taylor instability (RTI). It may lead to shell disruption and performance degradation of spherically imploding targets. Thus, the understanding and the control of the initial conditions of the RTI is of crucial importance for the ICF program. In this thesis, we present an experimental and theoretical study of the initial conditions of the ablative RTI in direct drive, by means of two experimental campaigns performed on the OMEGA laser facility (LLE, Rochester). The first campaign consisted in studying the laser-imprinted ablative Richtmyer-Meshkov instability (RMI) which starts at the beginning of the interaction and seeds the ablative RTI.We set up an experimental configuration that allowed to measure for the first time the temporal evolution of the laser-imprinted ablative RMI. The experimental results have been interpreted by a theoretical model and numerical simulations performed with the hydrodynamic code CHIC. We show that the best way to control the ablative RMI is to reduce the laser intensity inhomogeneities. This can be achieved with targets covered by a layer of a low density foam. Thus, in the second campaign, we studied for the first time the effect of underdense foams on the growth of the ablative RTI. A layer of low density foam was placed in front of a plastic foil, and the perturbation was imprinted by an intensity modulated laser beam. Experimental data are presented : backscattered laser energy, target dynamic obtained by side-on selfemission measurement, and face-on radiographs showing the effect of the foams on the target areal density modulations. These data were interpreted using the CHIC code and the laser-plasma interaction code PARAX. We show that the foams noticeably reduce the amplitude of the laser intensity inhomogeneities and the level of the subsequent imprinted ablation front modulations. In conclusion, this thesis allowed us to develop an experimental platform and a suite of numerical tools for future, more detailed studies of hydrodynamic instabilities for ICFapplications

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Lombard, Virginie. "Modes de Kovásznay pour l'étude de la stabilité linéaire d'écoulements d'ablation autosemblables". Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066694.

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Une approche possible pour l’étude de la stabilité d’écoulements d’ablation en fusion par confinement inertiel consiste à considérer les solutions autosemblables de l’hydrodynamique avec conduction thermique non linéaire pour des gaz parfaits en milieu semi-infini. Ces solutions et leurs perturbations sont calculées à l’aide de méthodes spectrales multidomaines avec adaptation dynamique de maillage. Pour des non-uniformités du flux laser, il est montré que le maximum d’amplitude des perturbations dépend fortement de la compressibilité. Des couplages entre les modes de Kovásznay sont identifiés et des équations d’évolution sont déterminées pour chaque zone de l’écoulement d’ablation. Une comparaison avec des résultats expérimentaux d’écoulements soumis à des perturbations de type rugosité est ensuite amorcée

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Schuller, Thierry. "Mécanismes de couplage dans les interactions acoustiques-combustion". Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00250137.

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Cette thèse de doctorat traite des interactions entre des flammes et des perturbations de l'écoulement responsables d'une combustion cyclique auto-entretenue. Sur la base d'observations expérimentales, des modèles théoriques ou numériques de ces interactions sont proposés. Les prévisions des modèles sont confrontées à l'expérience. On montre que les fluctuations rapides de surface de flamme constituent des sources sonores puissantes. Ces sources sont caractérisées pour une flamme en interaction avec une paroi et pour une flamme présentant des éléments rapprochés du front qui interagissent entre eux. Ces interactions peuvent induire des instabilités de combustion. Ce phénomène est analysé en combinant la modélisation et la détermination expérimentale de certains paramètres de l'écoulement. La méthode développée permet de prévoir la carte de stabilité de brûleurs laminaires annulaires. La réponse des flammes à des modulations de l'écoulement est un élément clé dans l'analyse de la stabilité d'un foyer. On propose une étude théorique et une modélisation numérique de la dynamique des flammes de prémélange inclinées par rapport à l'écoulement, une situation fréquente dans l'industrie. Un modèle unifié est développé qui étend la validité des précédents modèles restreints aux basses fréquences à des perturbations convectives de l'écoulement. Les prévisions des modèles sont confrontées à des mesures pour des flammes coniques et des flammes stabilisées en ``V" sur un barreau. Le modèle unifié donne une représentation plus fidèle de la fonction de transfert des flammes coniques. Le cas des flammes en ``V" est moins bien représenté. Dans cette situation, l'interaction de la flamme avec la couche de mélange du jet réactif et du milieu ambiant joue un rôle déterminant. L'ensemble des observations, des modélisations et des méthodes d'analyse développées dans ce document permet une meilleure compréhension de situations pratiques plus complexes.

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Gonzalez, Flesca Manuel. "Contributions en simulation, expérimentation et modélisation destinées à l’analyse des instabilités de combustion hautes fréquences des moteurs fusées à ergols liquides". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLC088/document.

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Cette recherche se focalise sur les problèmes d’instabilités de combustion hautes fréquences dans les moteurs fusées. Ces instabilités sont connues pour avoir des effets néfastes et peuvent, dans certains cas, causer la destruction du système propulsif. Pour éviter l’apparition de ces instabilités, il est important de connaître les mécanismes qui entretiennent ces phénomènes dynamiques et de comprendre le couplage complexe entre l’injection, la combustion et la résonnance acoustique du système. Ce travail comprend trois parties.La première partie traite de la simulation numérique de jets non-réactifs et réactifs soumis à différentes conditions de modulation afin de comprendre les interactions entre les jets, les flammes et leur environnement. Les calculs numériques de jets ronds non-réactifs ainsi que des flammes plus complexes formées par des injecteurs coaxiaux dans des conditions transcritiques ont été effectuées avec des simulations aux grandes échelles (SGE), adaptées aux conditions gaz réels à l’aide du solveur AVBP-RG. Les jets ronds ont été soumis à des fluctuations de vitesse transverse. Il a été trouvé que pour toutes les amplitudes et fréquences de modulation, le jet est déformé et oscille dans la direction transverse. Ce comportement peut être représenté par un modèle. Les flammes coaxiales ont été soumises à une modulation de débit et de pression. La modulation induit des variations du dégagement de chaleur global. Un modèle mathématique reliant les paramètres modulés au dégagement de chaleur est proposé.La seconde partie contient les travaux expérimentaux. Dans ce cadre, un nouveau banc expérimental a été développé pour l’étude de cavités couplées pressurisées (NPCC). Le couplage entre le plénum (ou dôme) et la chambre a été étudié. Un modèle reliant les fluctuations de pression et de vitesse en sortie des injecteurs a été développé et comparés aux données d’essais. Le banc NPCC a aussi été utilisé pour acquérir plus de connaissances sur le niveau d’amortissement. Les coefficients d’amortissement ont été déterminés.La dernière partie de ce document traite du développement d’un modèle ordre réduit qui représente des mécanismes qui entretiennent et amortissent les instabilités de combustion hautes fréquences. Cette description dynamique a été incorporée dans un code de stabilité haute fréquence (STAHF). Ce code a été utilisé pour étudier un moteur à ergols liquides d’une puissance de 87 MW (le banc BKD du DLR en Allemagne) qui présente des instabilités hautes fréquences. Après le recalage de certains paramètres de contrôle, STAHF a été capable de retrouver des résultats obtenus d’essais au DLR
This research concerns some of the issues raised by high frequency combustion instabilities in rocket engines. These instabilities are known to have detrimental effects leading, in some cases, to the destruction of the propulsion system. To avoid the appearance of such instabilities it is important to gain an understanding of the processes driving such dynamical phenomena. One has to consider the complex coupling between injection, combustion and the acoustic resonances of the system. The present work contributes to this objective by developing three items.The first deals with numerical simulations of non-reactive and reactive jets submitted to different modulation conditions to understand the interaction between jets, flames and their environment. Numerical simulations of non-reactive round jets as well as more complex flames formed by coaxial injectors operating under transcritical conditions were carried out using large eddy simulation (LES) adapted to real gas situations by making use of the AVBP-RG flow solver. Round jets were submitted to transverse velocity fluctuations. It has been found that for all amplitudes and frequencies of modulation, the modulated jet is deformed and oscillates. This behavior can be represented by a model. The coaxial flames were submitted to mass flow rate and pressure modulation. For these cases it has been found that the modulation induces variations of the global heat release rate. A mathematical relationship between the modulated parameters and the heat release rate has been proposed.The second item includes experimental investigations. For this purpose a New Pressurized Coupled Cavities (NPCC) laboratory test rig has been developed. The possible coupling between the plenum and the thrust chamber was studied. A model, linking pressure and velocity fluctuations between the plenum and the thrust chamber, has been developed. The laboratory test rig was also used to gather some knowledge on the levels of damping and the damping coefficients could be determined.The last item of this document deals with the development of a reduced order dynamical model which includes some of the driving and damping mechanisms of high frequency combustion instabilities. This dynamical description was implemented in a high frequency stability code (STAHF). This code was used to examine a 87 MW liquid rocket engine (BKD operated at DLR, Germany) exhibiting high frequency oscillations. After the adjustment of some control parameters, STAHF was able to retrieve some the features observed in experiments carried out at DLR

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Balusamy, Saravanan. "Etude expérimentale de la propagation de flammes dans un mélange stratifié". Phd thesis, INSA de Rouen, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00557915.

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Pour mieux comprendre la combustion en mode stratifié, la propagation de flammes au sein de stratifications de richesse laminaire ou turbulente a été étudiée par des mesures simultanées de richesse et de vitesse effectuées par couplage de la PIV et de la PLIF. L'accent a été mis sur le développement de méthodes permettant d'améliorer la qualité des mesures locales. En particulier, un nouvel algorithme de PIV permettant la mesure locale de la vitesse des gaz frais véritablement à l'entrée de la zone de préchauffage a été développé. Pour améliorer la résolution,les mailles de calcul s'adaptent localement à la topologie de la flamme, pour tenir compte de la forme du front de flamme et de l'expansion des gaz. L'analyse statistique des mesures conditionnée sur la richesse locale a permis de caractériser les propriétés de la flamme soumise à une stratification de richesse dans un écoulement laminaire et turbulent, en particulier en mettant en évidence un effet mémoire.

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Lhuillier-Marchand, Alexis. "Propagation des feux de végétation : expérimentations à l’échelle du laboratoire et validation d’un propagateur". Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0131/document.

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Ce travail est consacré à l’étude expérimentale et numérique de la propagation des feux de végétation à l’échelle du laboratoire. Une méthode de suivi de front de flamme par caméras visibles a été développée pour reconstruire et mesurer les propriétés du front au cours du temps. Les données recueillies comprennent la vitesse de propagation (Rate Of Spread), l’épaisseur du front, les longueurs du contour du front, les profils de hauteur et la puissance du feu. Une campagne expérimentale de 105 expériences de propagation sur de la frisure de bois a été réalisée sur la plateforme PROMETHEI (Plateforme de Recherche Opérationnelle en Métrologie Thermique dédiée aux Essais Incendies) du laboratoire LEMTA. Elle contient notamment une étude de l’effet de la largeur et de la charge sur la dynamique de propagation (sur la vitesse et l’épaisseur). Une base de données (en libre accès sur internet) dédiée aux feux de végétation a été créée et fournit les positions du front de flamme (avant et arrière) pour 85 expériences. Un modèle de propagation Petit Monde à réseau de cellules hexagonales a été également développé en parallèle. Plusieurs approches sont proposées pour déterminer l’évolution de l’état des cellules : la première modélise le transfert radiatif alors que la deuxième se base sur une fonction de distribution identifiée. Un algorithme d’optimisation par essaims particulaires (PSO) est employé pour estimer les différents paramètres du modèle à l’aide des résultats expérimentaux. Le modèle Petit Monde est ensuite comparé à des expériences de propagation comprenant des coupures de combustible ou des rétrécissements/élargissements de la largeur du lit
This work is devoted to the experimental and numerical study of wildland fire spread at laboratory scale. A tracking fire front method using visible cameras was used in order to follow the fire front positions during the propagation and to evaluate some fire front properties. The data include the Rate Of Spread (ROS), the fire front width, the length of fire, the profile of flames and the Heat Release Rate. An experimental campaign of 105 fire spread tests with wood shaving as fuel was conducted on the PROMETHEI plateform (Plateforme de Recherche Opérationnelle en Métrologie Thermique dédiée aux Essais Incendies) of the laboratory LEMTA. This campaign was essentially focused on the effect of the fuel bed width and the fuel loading on the fire dynamics (particularly on the ROS and fire width). An open-source data base provides the positions of the front and backing fire as a function of time. A fire spread model based on the small world concept with a hexagonal cell network was developed. Two approaches were studied: the first one is based on a radiative transfer model for the definition of the cell states and the other one is based on an estimated distribution function. A particle swarm optimization (PSO) algorithm was used for the identification of the different parameters of the model using the experimental results. Then, the model was compared to other experiments included fuel breaks or narrowing/widening of the fuel bed width

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Rozprawy doktorskie na temat „Instabilités de front de flamme”

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