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Vers des simulations numériques prédictives dans les chambres de combustion avancées : Expérience et modélisation des instabilités dans les chambres de.

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Présentation au sujet: "Vers des simulations numériques prédictives dans les chambres de combustion avancées : Expérience et modélisation des instabilités dans les chambres de."— Transcription de la présentation:

1 Vers des simulations numériques prédictives dans les chambres de combustion avancées : Expérience et modélisation des instabilités dans les chambres de combustion acoustiquement contrôlées Laboratoire EM2C Ecole Centrale Paris CNRS UPR 288 N. Tran, T. Schuller et S. Ducruix

2 Contexte

3 Combustion Pauvre Prémélangée Réduction des émissions de polluants Diminution de la consommation Combustion plus instable Retour de flamme Extinction Couplage résonant Acoustique Combustion T [K] Émissions de CO [ppmv] Émissions de NO x [ppmv] Richesse CO NO Domaine de fonctionnement NO max Limite dextinction pauvre CO max

4 Couplage Acoustique - Combustion ÉcoulementCombustion Acoustique Fluctuations de Vitesse Richesse Fluctuations de Dégagement de chaleur Pression Fluctuations de Vitesse Pression Nécessité doutils prédictifs pour déterminer le déclenchement dinstabilités Ce couplage résonant mène à la croissance dinstabilités de combustion, potentiellement destructives

5 > 0 Variation d énergie acoustique dans le système = Bilan dénergie acoustique Une instabilité croît lorsque les fluctuations de pression acoustique et de dégagement de chaleur sont en phase Critère de Rayleigh Pas de prise en compte des flux acoustiques aux limites MAIS Bilan dénergie acoustique Flux acoustiques aux limites : Nuls aux parois Non négligeables aux entrées / sorties de la chambre de combustion

6 Bilan dénergie acoustique Importance des conditions aux limites acoustiques sur les instabilités thermo-acoustiques MAIS Industrie : conditions non connues, non mesurables Laboratoire : Peu de bancs avec des conditions maîtrisées Peu de mesures précises des conditions limites Donc peu de modèles, ni de validation doutils numériques

7 Objectifs du projet Développement dun système de contrôle des conditions aux limites acoustiques : Passif Prédictible Efficace Instrumentation acoustique dun banc : Mesure de spectres et de flux acoustiques Mesure du coefficient de réflexion Étude de leffet de la condition amont sur les instabilités auto-entretenues

8 Contrôle Passif des Conditions Limites Acoustiques

9 Banc expérimental EC2 Microphones Air Propane Puissance ~ 40 kW Fonctionnement pauvre : richesse ~ 0.85 Prémélange partiel Air + Propane gazeux Stabilisation par fort écoulement tournant Chambre : 50 x 10 x 10 cm 3 Canal dinjection : diamètre 30mm Régimes de combustion fortement instables

10 Combustion instable Régime instable : flamme fortement turbulente Séquence dallumage temps

11 Système de contrôle amont : mise en place Configuration dorigine Configuration modifiée Système de contrôle passif Aucun système actif Pas de modification de la géométrie Pas de changement des conditions de fonctionnement

12 Système de contrôle amont : principe Pilotage du coefficient de réflexion acoustique dune plaque perforée Carte de fonctionnement Pilotage à fréquence fixée Coefficient de réflexion

13 Situation initiale : forte instabilité Forte instabilité à 280 Hz ~ 135 dB dans linjection ~ 127 dB dans la chambre M1 M2 M4 M5 M6 M7

14 Situation contrôlée : disparition de linstabilité Forte réduction de linstabilité à 280 Hz -20 dB dans linjection -12 dB dans la chambre M1 M2 M4 M5 M6 M7

15 État des travaux Instrumentation acoustique dun banc à la fois dans la chambre de combustion et le système dinjection Développement dun système de contrôle passif des conditions aux limites acoustiques, prédictible et efficace Étude détaillée de leffet de la condition amont sur les instabilités auto-entretenues Perspectives Etude de linfluence de la condition aval Contacts industriels pour tests sur configuration réelle


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