– STREAM

Mots-clés : Flammes non-prémélangées, préchauffage, dilution, rayonnement
Les réglementations environnementales de plus en plus sévères et la nécessaire préservation des ressources naturelles en hydrocarbures imposent le développement de technologies de combustion propres à fort rendement énergétique. Dans le cas des foyers aéronautiques et spatiaux, mais également des fours industriels, le régime de combustion est le plus souvent non prémélangé, c'est-à-dire que le comburant et le combustible sont injectés séparément. La problématique principale est alors liée à la stabilisation ou à l'accrochage de la flamme. En fonction des conditions d'injection, plusieurs régimes de stabilisation peuvent être définis en alternance avec des situations instables, d'un état de flamme de diffusion accrochée à un nouveau régime de combustion dite sans flamme. Néanmoins l'analyse des phénomènes qui contrôlent la stabilisation et en particulier la connaissance de l'importance relative des mécanismes communément retenus (aérodynamique, chimique ou thermique) et de leurs couplages constituent des verrous encore à lever. Le projet STREAM, repose sur trois laboratoires (CORIA, CETHIL et EM2C) ayant développé une expertise complémentaire dans les domaines de l'aérothermochimie, principalement relative à l'analyse aérodynamique des écoulements réactifs et à leur caractérisation thermique par le biais d'approches expérimentales et numériques. Il s'inscrit dans une démarche innovante et inédite, qui vise à caractériser et comprendre les différents mécanismes qui gèrent le phénomène de stabilisation non plus, comme c'est généralement le cas, sur la base d'une exploration de cas stabilisés, mais par l'étude détaillée des transitions. Dans ces domaines en effet, la flamme modifie de façon continue sa structure et ses caractéristiques pour s'adapter à des perturbations de faible amplitude, mais aux conséquences significatives sur son comportement. Plusieurs aspects, qui limitent la compréhension de la stabilisation des flammes et des régimes de combustion, seront au cœur de ce projet. Il s'agira en particulier d'examiner : 1) l'importance relative des phénomènes aérodynamiques, thermiques ou chimiques, 2) l'effet d'une modification de la nature des réactifs et principalement du comburant par l'ajout de gaz semblables aux produits d'une combustion complète (CO2, H2O), et ses conséquences en termes d'émission de polluants, 3) l'impact d'une augmentation de la température des réactifs, 4) l'effet des conditions limites thermiques imposées aux parois de la chambre de combustion, 5) l'importance des couplages aérothermochimiques sur les mécanismes d'extinction. La démarche proposée s'appuie sur deux approches numérique et expérimentale complémentaires. Elle comporte trois volets qui seront traités en forte interaction entre les différents partenaires. - Dans un premier temps, une caractérisation globale des domaines de stabilisation d'une flamme non-prémélangée sera menée, notamment à l'aide de visualisations globales directes ou tomographiques du radical OH*. Plusieurs facteurs d'influence seront retenus en vue de préserver une vision étendue de la problématique et mettre en œuvre des descriptions tridimensionnelles des régimes incluant les vitesses d'injection, la température des réactants et le rôle d'un diluant (CO2 ou H2O). En retour, ces simulations faciliteront l'identification des différents modes de combustion rencontrés lors du balayage du continuum des réponses de la flamme. - A partir d'une étude de la répartition des régimes et compte tenu de leur sensibilité aux perturbations, c'est-à-dire de l'étendue du domaine de transitions, les principaux états stabilisés seront identifiés et les couples prése.