Etude expérimentale et numérique d'une flamme en V diphasique Camille Letty

Contexte de l’étude Diphasique Dans l’industrie: Facilité de stockage et de transport Injection de combustible liquide fréquente Enjeu scientifique important Nécessité de bases de données expérimentales relatives à la combustion diphasique afin d’aider au développement de modèles.

Contexte de l’étude Configuration « en V » Flamme accrochée sur un fil chaud ou un barreau Configuration quasi 2D Facile à mettre en œuvre Facilite la comparaison expérimental/ numérique Configuration de référence bien documentée

Plan Étude expérimentale Étude numérique Perspectives Choix d’un système d’injection et caractérisation du spray Dispositif expérimental Étude dynamique préliminaire et propriétés scalaires de la flamme Étude numérique Configuration des conditions de calcul Génération d’une base de données diphasique Perspectives

Étude expérimentale - Choix d’un système d’injection Critères Volonté de conserver la configuration 2D Taille de gouttes (suivi de l’écoulement, liquide au niveau du front de flamme) Gouttes non-balistiques Injecteur jet plat positionné sur le côté du brûleur Gicleur de chaudière, cône universel Dans la veine de prémélange Dans le corps du brûleur

Étude expérimentale - Caractérisation du spray Mesure de la distribution par Malvern Diffraction de la lumière Focale de 200 mm: gamme de mesure entre 0,1 et 400 µm Distribution de taille de gouttes, cas laminaire

Étude expérimentale - Dispositif expérimental Régime Débit de combustible Richesse globale Caractéristique Laminaire  Entre 1.37 et 1.85 kg/h Entre 0.2 et 0.28 Grille A Entre 1.37 et 1.55 kg/h Entre 0.2 et 0.24 10 mm, barreaux Grille D Entre 1.37 et 1.63 kg/h Entre 0.2 et 0.25 11 mm, barreaux Grille E 1.45kg/h 0.22 8 mm, trous Débit d’air: 80Nm3/h, soit U~4m/s Combustible: N-heptane

Étude expérimentale – Diagnostics optiques PIV: Particle Image Velocimetry Laser Nd:YAG, =532 nm Camera LaVision, 12 bits Ensemencement: DEHS Image de tomographie Ecoulement d’air ensemencé et de gouttes de N-heptane

Étude expérimentale – Champs de vitesse Image de tomographie instantanée Ecoulement d’air ensemencé et de N-heptane en combustion Champ de vitesse d’une flamme en V laminaire et diphasique (N-heptane/ air, 6 bars) Moyenne sur 250 images

Étude expérimentale – Profils de vitesse Vx (m/s) Profils de vitesse radiale et axiale d’une flamme en V diphasique Cas laminaire et turbulent (3 bars) Vy (m/s)

Étude expérimentale – Angle de flamme A partir des images de tomographie Algorithme validé sur des cas purement gazeux (méthane/ air)

Étude numérique - Configuration DNS (Direct Numerical Simulation) 2D, 513² nœuds Description eulérienne de la phase gazeuse et suivi lagrangien des gouttes Turbulence spatialement décroissante

Étude numérique - Génération d’une base de données diphasique Étude de l’impact du spray sur les propriétés d’une flamme en V diphasique 3 richesses: pauvre, stœchiométrie, riche 3 densités de gouttes 2 RMS Champ de température

Étude numérique - Génération d’une base de données diphasique Diagramme de répartition de la température en fonction de la fraction de mélange Différentiation du taux de réaction dû à la combustion non- prémélangée et prémélangée

Perspectives Étude expérimentale Étude numérique Étude des paramètres (angle, vitesse, …) en fonction de la richesse locale de flamme Caractériser le champ de fraction molaire de N-heptane gazeux (traceur: biacetyl ou acétone) Étude numérique Influence du spray sur le comportement de la flamme Générer un cas de calcul plus proche des conditions expérimentales