Contrôle électrique pour une combustion propre – GECCO

Les instabilités de combustion constituent un défi majeur pour le développement de systèmes de combustion efficaces et à faible émission, en particulier les turbines à gaz, qu'elles soient utilisées pour la propulsion aéronautique ou la production d'énergie. Des travaux précédents ont démontré la capacité des décharges plasma nanoseconde pulsées (Nanosecond Repetitively Pulsed, NRP) à atténuer ce phénomène de combustion instable et indésirable dans des configurations académiques; cependant, l'application de cette technologie à des moteurs réels soulève de nouvelles questions scientifiques qui n'ont pas encore été abordées. Ces questions sont liées 1.) au carburant liquide utilisé dans les moteurs aéronautiques et à la combustion diphasique, 2.) à une pression de fonctionnement élevée et 3.) aux modes azimutaux haute fréquence. Le projet GECCO s'intéresse à ces trois aspects par le biais d'expériences dédiées et de simulations haute-fidélité. Une configuration commune de brûleur swirlé sera utilisée pour tout le projet afin de maximiser les effets de synergie entre les différentes tâches. Le code AVBP, largement utilisé et reconnu pour la simulation de la combustion turbulente dans des configurations académiques et industrielles, sera couplé à un code plasma pour étudier les effets de décharge de plasma NRP sur les flammes turbulentes, en prenant en compte le chauffage ultra-rapide ainsi que les effets thermiques et chimiques plus lents associés au plasma. Après validation sur une base de données existante, cet outil numérique sera essentiel pour parvenir à une compréhension fine et globale de l'interaction acoustique-plasma-flamme. L'effet des décharges NRP sur la dynamique des flammes de spray sera évalué grâce à des mesures détaillées (anémométrie à phase Doppler, tomographie, velocimétrie), pour étudier l'influence sur la pulvérisation à froid, la forme de flamme et la réponse dynamique à des perturbations acoustiques (Fonction de Transfert de Flamme, FTF). Pour évaluer et démontrer le potentiel des décharges NRP pour l'atténuation des instabilités azimutales à haute fréquence, le brûleur swirlé sera équipé d'actuateurs plasma répartis sur la circonférence du brûleur. La réponse de la flamme à ce type de forçage sera évaluée à l'aide de mesures résolues azimutalement (pression, chimiluminescence). L'interaction plasma-flamme-acoustique sera étudiée également à pression élevée. L'effet de décharges NRP sur la FTF et la réponse de la flamme pulsée à basse fréquence seront mesurés jusqu'à 10 bar. Toutes les tâches expérimentales sont accompagnées de simulations numériques correspondantes qui complèteront les mesures et permettront une compréhension plus détaillée des mécanismes d'interaction. Pour finir, les décharges NRP seront utilisées pour contrôler les instabilités de combustion thermo-acoustiques dans les trois installations expérimentales (flammes de spray, modes haute fréquence, pression élevée). Le projet GECCO va donc permettre, d'une part d'accroître la compréhension de l'interaction fondamentale de la dynamique de flamme et du plasma et, d'autre part, de significativement rapprocher la technologie NRP des applications réelles.