DS0205 - Efficacité énergétique des procédés et des systèmes

Pléiade de flammes – PDF

Pléiades de flammes

Etude de flammes autoturbulentes

Etude non linéaire de flammes de prémélange très instables

Les flammes de prémélange à haute pression sont soumises à une instabilité hydrodynamique très forte. Bien que de plus en plus utilisées dans les applications, elles restent mal comprises. Dans ce projet nous comparons des équations d''évolution non linéaires décrivant des flammes de prémélange dans ces conditions à des expériences, dans le cadre de brûleurs assez larges, où les instabilités hydrodynamiques sont importantes. On parle alors de flammes autoturbulentes..

L''étude de flammes dans une cellule de Hele--Shaw (entre deux plaques distantes d’un centimètre) permet des expériences précises. Des flammes quasi bidimensionnelles sont
produites, ce qui permet d''étudier facilement ces flammes par traitement d''image. Les résultats sont comparés à des études théoriques et numériques de l''équation de Sivashinsky, l''équation
non linéaire décrivant la dynamique des flammes de prémélange.

Ce travail permet de montrer que des résultats quantitatifs peuvent être obtenus, par un traitement d’image assez simple, dans la géométrie considérée du brûleur de Hele Shaw. Nous avons ainsi pu à la fois mesurer le taux de croissance de l’instabilité linéaire de Darrieus-­Landau ainsi que son évolution non linéaire ultérieure. Cette évolution peut être prévue par le modèle théorique pour des temps courts.
Nous étudions également les propriétés statistiques des flammes en cellules de Hele-­--Shaw, telles que les fonctions de densités de probabilité des tailles de cellules sur le front ou les propriétés fractales du front. Des études analytiques de l''équation de Sivashinsky sont réalisées, tout d''abord dans le cas d''une flamme soumise à un écoulement de cisaillement stationnaire puis dans des cas instationnaires.

Il est prévu que l''étude soit étendue à des flammes très instables soumises à une turbulence incidente, avec des prédictions de la vitesse de flamme turbulente en fonction de l''intensité de turbulence.

G. Joulin, B. Denet, Shapes and speeds of steady
forced premixed flames, Phys Rev E (2014) , 89,
063001

Almarcha C., Quinard J., Denet B., Al-Sarraf E., Laugier
J.M., Villermaux E., Cellular two-dimensional flames,
American Physical Society 67th annual DFD meeting,
San Francisco 23-25 Nov 2014, Gallery of Fluid motion
award (poster).

C Almarcha, J. Quinard, B. Denet,E. Al Sarraf, J.M.
Laugier, E. Villermaux, Experimental two dimensional
cellular flames, Physics of Fluids (2015), 27(9), 091110

Al-Sarraf E., Almarcha C., Quinard J., Denet B., Flame
speeds in a Hele Shaw cell, LBV2015 (laminar burning
velocity), Rouen, 23-24 mars 2015.

Le but du projet est de comparer des équations d'évolution non linéaires décrivant des flammes de prémélange à des expériences, dans le cadre de brûleurs assez larges, où les instabilités hydrodynamiques sont importantes. On parle alors de flammes autoturbulentes. Ces flammes, qui présentent un certain nombre d'avantages en termes de réduction de la pollution, restent cependant mal comprises.

Nous appuyant sur des expériences récentes développées à l'IRPHE, où nous avons montré qu'il était possible d'atténuer l'acoustique dans des tubes très longs, et donc d'observer la propagation d'une flamme dans des gaz au repos sur une grande longueur, nous proposons d'étudier expérimentalement des flammes dans une cellule de Hele-Shaw et de comparer les résultats à des modèles théoriques. La partie théorique sera développée en collaboration avec Guy Joulin (Institut PPRIME) dont les travaux analytiques sont une référence dans le domaine. L'objectif de cette proposition est d'obtenir une meilleure compréhension de l'interaction turbulence instabilité hydrodynamique.

L'étude de flammes dans une cellule de Hele-Shaw permettra des expériences très précises. Des flammes quasi bidimensionnelles seront produites, ce qui permettra d'étudier facilement ces flammes par traitement d'image. Les résultats seront comparés à des études théoriques et numériques de l'équation de Sivashinsky, l'équation non linéaire décrivant la dynamique des flammes de prémélange.

Nous étudierons les propriétés statistiques des flammes en cellules de Hele-Shaw, telles que les fonctions de densités de probabilité des tailles de cellules sur le front ou les propriétés fractales du front. Des études analytiques de l'équation de Sivashinsky seront entreprises, tout d'abord dans le cas d'une flamme soumise à un écoulement de cisaillement stationnaire (où des solutions analytiques n'existent pas encore) puis dans des cas instationnaires. L'étude sera étendue à des flammes très instables soumises à une turbulence incidente, avec des prédictions de la vitesses de flamme turbulente en fonction de l'intensité de turbulence. Ces prédictions seront comparées aux expériences.

Coordinateur du projet

Monsieur Bruno Denet (Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

PPRIME Institut PPRIME
IRPHE Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre

Aide de l'ANR 299 257 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2014 - 48 Mois

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