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Wall-temperature effects on flame response to acoustic oscillations (Effets de la température de parois sur la réponse de la flamme à des oscillations acoustiques

24 mars 2014

Wall-temperature effects on flame response to acoustic oscillations (Effets de la température de parois sur la réponse de la flamme à des oscillations acoustiques)

Daniel Mejia

Mardi 20 Mai 2014 à 14h30 - Amphithéâtre Nougaro

Sous réserve d’autorisation de soutenance par les rapporteurs

Résumé :

Les instabilités de combustion induites par le couplage combustion-acoustique se produisent dans de nombreux systèmes industriels et domestiques tels que les chaudières, les turbines à gaz et les moteurs de fusée. Ces instabilités se traduisent par des fluctuations de pression et un dégagement de chaleur qui peuvent provoquer une défaillance mécanique ou des dégâts désastreux dans certains cas extrêmes. Ces phénomènes ont été largement étudiés par le passé, et les mécanismes responsables du couplage ont déjà été identifiés. Cependant, il apparaît que la plupart des systèmes se comportent différemment lors du démarrage à froid ou en régime permanent. Le couplage entre la température des parois et les instabilités de combustion reste encore méconnu et n’a pas été étudié en détail jusqu’à présent. Dans le cadre de ces travaux de thèse, on s’intéresse à ce mécanisme.

Ces travaux présentent une étude expérimentale des instabilités de combustion pour une flamme laminaire de pré-mélange stabilisée sur un brûleur à fente. Pour certaines conditions de fonctionnement, le système présente un mode instable autour du mode de Helmholtz du brûleur. Il est démontré que l’instabilité peut être contrôlée, et même supprimée, en changeant uniquement la température de la surface du brûleur. Une analyse de stabilité linéaire peut être mise en oeuvre afin d’identifier les paramètres jouant un rôle dans les mécanismes d’instabilité, et il est possible de modéliser analytiquement les phénomènes observés expérimentalement. Des études expérimentales détaillées de différents processus élémentaires impliqués dans le couplage thermo-acoustique ont été menées pour évaluer la sensibilité de ces paramètres à la température de la paroi. Enfin un modèle théorique du couplage entre le transfert de chaleur instationnaire à la paroi et la fluctuation du pied de flamme a été proposé. Par ailleurs, d’autres mesures expérimentales ont permis de comprendre les mécanismes physiques responsables de la dépendance de la réponse de la flamme à la température de paroi.

Jury :

Françoise BAILLOT Professeur (Université de Rouen) Rapporteur

Frank NICOUD Professeur (Université Montpellier II) Rapporteur

Dany ESCUDIÉ Directrice de Recherche (CNRS) Examinateur

Daniel DUROX Ingénieur de Recherche (CNRS) Examinateur

Laurent SELLE Chargé de Recherche (CNRS) Co-directeur de thèse

Rudy BAZILE Maître de Conférence (INP) Directeur de thèse