Etude de la spectroscopie LIF à deux photons de la molécule CO pour des mesures en flammes à haute pression - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

Investigation of two-photon LIF spectroscopy of carbon monoxide for measurements in high-pressure flames

Etude de la spectroscopie LIF à deux photons de la molécule CO pour des mesures en flammes à haute pression

Résumé

This work is dedicated tothe development of two-photon laser induced fluorescence (LIF) of CO for application in high-poressure flames. Different two-photon excitation and fluorescence schemes are compared in order to determine which one is more suitable for the detection of CO in flames. The B1 Sigma + - X1 Sigma + (230 nm) / B1 Sigma + - A1 Pi (483 nm) electronic transitions scheme is closen. A numerical code of two-photon LIF spectra is developed to predict the evolution of fluorescence signals over a wide range of temperaturs and pressures. Measurements in a high temperature and high pressure cell and in a laminar CH4/air flame at 1 bar are performed from 300 to 1750 K and from 1 to 13 bars. Results indicate a square dependence of the collisional shift upon pressure and a large asylmetry of the spectrum at high pressure between 300 and 860 K. The detection limit is estimated to be 500 ppm in flame at 1 bar/ Influence of temperature on LIF spectra is well reproduced by the simulations. Comparison between measured and simulated excitation spectra lead to a flame temperature of 1750+50 K, in accordance with combustion modeling. The Lindholml profile is used in order to reproduce the pressure-depedence of the spectrum in the range 1 to 5 bars at 300 K, and 1 to 7 bars at 860 K. Planar laser induced fluoresence imaging of CO is developed in flame at 1 bar. The detection limit is 900 ppm in our experimental conditions.
Ce travail de thèse est consacré au développement de la technique de fluorescence induite par laser (LIF) à deux photons appliquée à la molécule CO en vue de pouvoir réaliser des mesures de CO dans des flammes à haute pression. Différents schémas d’excitation laser à deux photons et de fluorescence sont comparés afin de déterminer celui qui est le mieux adapté à la détection de CO en milieux de combustion. Le schéma de transitions électroniques B1 Sigma + - X1 Sigma + (230 nm) / B1 Sigma + - A1 Pi (483 nm) est sélectionné. Un code de calcul des spectres LIF à deux photons de CO est développé pour prédire l’évolution du signal sur une large gamme de températures et de pressions. Des mesures dans une cellule à haute température et haute pression, et dans une flamme laminaire CH4/air à 1 bar sont réalisées de 300 à 1750 K, et de 1 à 13 bar. Les résultats indiquent une dépendance polynomiale d’ordre 2 du décalage spectral avec la pression ainsi que l'asymétrie du spectre qui croît avec la pression entre 300 et 860 K. La limite de détectivité de CO par LIF en ponctuel est estimée de 500 ppm en flamme à 1 bar. L'effet de la température sur les profils spectraux est bien reproduit par la simulation. La comparaison des profils mesurés en flamme à 1 bar avec les profils simulés donne une température de 1750  50 K, en accord avec celle prédite par le modèle de combustion. L'effet de la pression sur le profil spectral (décalage, élargissement et asymétrie) est correctement simulé en considérant un profil collisionnel de Lindholm de 1 à 5 bar à 300 K, et de 1 à 7 bar à 860 K. L'imagerie de fluorescence induite par laser de CO a été développée en flamme à 1 bar. La limite de détectivité est déterminée de 900 ppm pour nos conditions expérimentales.
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Dates et versions

tel-01234981 , version 1 (27-11-2015)
tel-01234981 , version 2 (11-12-2015)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01234981 , version 1

Citer

O. Carrivain. Etude de la spectroscopie LIF à deux photons de la molécule CO pour des mesures en flammes à haute pression. Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]. UNIVERSITE PIERRE ET MARIE CURIE, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01234981v1⟩
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