Mécanismes de couplage dans les interactions acoustiques-combustion - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2003

Coupling mechanisms in acoustically induced combustion instabilities

Mécanismes de couplage dans les interactions acoustiques-combustion

Résumé

Interactions between flames and perturbations of the flow leading to self-sustained combustion oscillations are considered. Based on observations, theoretical or numerical models of these interactions are proposed. Predictions are compared to experiences. It is shown that a fast rate of change of the flame surface area constitutes a strong source of combustion noise. These sources are characterized during flame-wall interaction and during mutual annihilation of neighboring flame front elements. These two phenomena may in turn generate a combustion instability. The coupling mechanism between the unsteady combustion and the burner acoustics is analyzed in these situations. Using a combined approach, a method is developed to predict the stability map of laminar annular burners. The response of the flame to forced modulations of the flow is a key element in the analysis of the stability of a burner. In many industrial furnances the flame is inclined with respect to the flow direction. A theoretical analysis and a numerical model of the response of inclined premixed flame to incident flow perturbations are envisaged. A unified model is developed which extends the validity of previous modelings restricted to low frequencies to convective flow perturbations. Predictions are compared to measurements for a conical flame and a ``V" flame attached to a rod. The unified model improves the flame transfer function results for the conical flame. The ``V" flame case is less well predicted because of the roll-up of vortices in the mixing layer between the reactive jet and the surrounding air. Observations, models and methods of analysis proposed in this manuscript improves our understanding of more realistic situations.
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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Dates et versions

tel-00250137 , version 1 (10-02-2008)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00250137 , version 1

Citer

Thierry Schuller. Mécanismes de couplage dans les interactions acoustiques-combustion. Energie électrique. Ecole Centrale Paris, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00250137⟩
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