Énergétique fondamentale et appliquée

Formation-destruction des polluants dans les flammes turbulentes

Champ de fraction volumique de particules de suie dans une flamme
turbulente obtenu par incandescence laser

Il s'agit d'étudier les mécanismes de formation des polluants dans les flammes turbulentes par l'intermédiaire des trois actions suivantes :

• étude expérimentale d'une flamme de diffusion turbulente confinée (confinement nécessaire pour faire varier la pression),

• modélisation des flammes turbulentes incluant le calcul des espèces minoritaires polluantes,

• étude expérimentale d'une flamme générée par un train de gouttes de combustible de taille et de vitesse parfaitement calibrées.

L'étude a eu les retombées suivantes :

• Les effets de la turbulence, de la pression et des pertes radiatives sur la production des oxydes d'azote et des particules de suie dans une flamme éthylène-air ont été compris et quantifiés.

• La flamme de diffusion turbulente et la flamme générée par le train de gouttes ont fait l'objet de campagnes de mesures optiques fines (DRASC, LIF sur OH ou NO, incandescence laser).

• Des outils numériques basés sur des modèles physiques réalistes et permettant de calculer les transferts radiatifs et la concentration des polluants dans les flammes turbulentes ont été réalisés et validés.

• Des calculs de flamme prenant en compte l'ensemble des couplages "turbulence-cinétique chimique-transferts radiatifs" ont été effectués et comparés aux mesures. Ces calculs reproduisent bien la réalité.

Cette recherche s'est faite dans le cadre d'un PRF ONERA (Projet de Recherche Fédérateur) qui a fait intervenir les Départements ONERA et les laboratoires extérieurs suivants :

• DEFA (Département Energétique Fondamentale et Appliquée, maître d'œuvre du projet),
• DMAE (Département Modèles pour l'Aérodynamique et l'Energétique),
• DMPH (Département Mesures Physiques),

• le DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Allemagne),
• le CORIA (CNRS Rouen).

techniques d'étude

La flamme de diffusion turbulente a été étudiée sur le banc combustion LAERTE (LAboratoire des Ecoulements Réactifs et de leurs Techniques d'Etude).

Des moyens de diagnostic optique de pointe ont été utilisés:

• visualisation 2D par LIF sur le radical OH ou la molécule NO,
• mesures de température par DRASC,
• mesures de concentration de suie par incandescence laser.

La modélisation de la combustion est basée sur la résolution par une technique lagrangienne de l'équation de transport de la PDF (fonction densité de probabilité) caractérisant l'écoulement.

Les transferts radiatifs en milieu turbulent sont décrits par une approche de type Monte Carlo avec prise en compte du principe de réciprocité pour les trajets optiques.

Simulation numérique d'une flamme de diffusion
(température et taux de réaction)

Mis à jour le 19 juillet 2005 - © ONERA 2009 - Crédits et conditions d'utilisation