CONTRIBUTION EXPÉRIMENTALE À L'ÉTUDE DES CARACTÉRISTIQUES INSTATIONNAIRES DES ÉCOULEMENTS TURBULENTS RÉACTIFS PRÉMÉLANGÉS STABILISÉS EN AVAL D'UN ÉLARGISSEMENT BRUSQUE SYMÉTRIQUE - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2003

Experimental contribution to the study of unsteady characteristics of turbulent premixed reacting flows in a dump combustor

CONTRIBUTION EXPÉRIMENTALE À L'ÉTUDE DES CARACTÉRISTIQUES INSTATIONNAIRES DES ÉCOULEMENTS TURBULENTS RÉACTIFS PRÉMÉLANGÉS STABILISÉS EN AVAL D'UN ÉLARGISSEMENT BRUSQUE SYMÉTRIQUE

Résumé

This experimental work is devoted to the study of unsteady characteristics of reacting flows stabilized behind a symmetric, plane sudden-expansion and fed by two fully developed turbulent channel flows of air or air/propane. The study of lean extinction properties of considered flames shows that the mean value (0.54) of equivalence ratios at which flames extinguished is not dependent on the different flow configurations considered. The flows are characterized mainly by using laser velocimetry measurements and by using the semi-deterministic approach (SDA) that decomposes the total velocity fluctuations into their coherent and stochastic fluctuations. The seeking of a similarity behaviour of the mean velocity profiles in the near field of the flows presenting a mass flow rate variation at fixed equivalence ratio, for the shear layers and the wake, allowed to show that the latter keeps fair similarity properties. For fully premixed flows, an equivalence ratio variation at fixed mass flow rate leads to an increase of the flow instabilities caused by acoustically driven oscillations induced by the coupling with the heat release. This unstable mode is associated to a very vigorous synchronous flapping of the flame fronts at the fondamental frequency of 50Hz. The related augmentation of the total velocity fluctuations is due basically to the important contribution of the coherent motion. Concerning the flows of same global thermal power (220kW) but presenting an inlet equivalence ratio gradient, the flow unsteadiness is strongly affected by the presence of such a gradient, with a strong variation of the energy level of coherent motion inducing an increase of total velocity fluctuations. Simultaneous 2-point one-component velocity measurements have been used to investigate the progressive phase shift of the correlation between the inlet flows and the flow past the dump plane. A "fair" test of coherence of the conventional k-ε turbulence model based on the SDA methodology proves to be quite successful.
Résumé : Ce travail de nature expérimentale concerne l’étude des caractéristiques instationnaires des écoulements se développant en aval d’un élargissement brusque symétrique et alimentés en air ou en prémélange air/propane par deux écoulements turbulents de canal. L’étude des propriétés d’extinction pauvre des flammes considérées montre que la valeur moyenne de la richesse d’extinction obtenue (0,54) est quasi indépendante des différentes configurations d’écoulement. Les écoulements considérés sont caractérisés notamment au moyen de mesures de vitesses par vélocimétrie laser à l’aide de l’approche semi-déterministe (ASD) qui consiste à décomposer des fluctuations totales de vitesse en une partie cohérente et une partie stochastique. La recherche d’un comportement auto-semblable des profils de vitesses moyennes dans le champ proche des écoulements présentant une variation de débit à richesse uniforme fixée, pour les couches de cisaillement et le sillage, a permis de montrer que ce dernier conserve un comportement auto-semblable bien marqué. Pour les écoulements présentant une variation de richesse uniforme à débit fixé, un régime très "instable" a été observé et est associé à la présence d’un très intense battement synchrone des fronts de flamme à une fréquence fondamentale de 50Hz. On observe dans ce cas une très importante augmentation des fluctuations totales des vitesses due principalement à l’importante contribution du mouvement cohérent. Concernant les écoulements de même puissance thermique globale (220kW) mais présentant un gradient de richesse incident, l’instationnarité de l’écoulement est fortement affectée par ce dernier, avec une forte variation du niveau de l'énergie du mouvement cohérent entraînant une augmentation des fluctuations totales de vitesse. Les mesures de vitesse simultanées en deux points ont permis de préciser les corrélations existants entre divers points de l’écoulement. Le test, a priori, d’un modèle de turbulence de type k-ε pour les écoulements réactifs considérés, a montré en particulier la cohérence d’un tel modèle de transport turbulent "simple" pour les écoulements considérés dans cette étude.
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  • HAL Id : tel-03760256 , version 1

Citer

Phuc Danh Nguyen. CONTRIBUTION EXPÉRIMENTALE À L'ÉTUDE DES CARACTÉRISTIQUES INSTATIONNAIRES DES ÉCOULEMENTS TURBULENTS RÉACTIFS PRÉMÉLANGÉS STABILISÉS EN AVAL D'UN ÉLARGISSEMENT BRUSQUE SYMÉTRIQUE. Milieux fluides et réactifs. Université de Poitiers, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03760256⟩
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