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Chambre de combustion à deux têtes pour la réduction des émissions polluantes

Ces images correspondent à un foyer, de type aéronautique, spécialement conçu par Snecma et l'Onera en vue d'étudier, à la fois sur le plan expérimental et théorique, de nouveaux concepts de chambres de combustion permettant d'assurer un meilleur contrôle des émissions d'espèces minoritaires polluantes.

Maillage de la portion calculée de la chambre à combustion annulaire à deux têtes, et représentation de la température
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Maillage de la portion calculée de la chambre à combustion annulaire à deux têtes, et représentation de la température (bleu au rouge : du plus froid au plus chaud). En haut : mélange pauvre en carburant , en bas : carburant en excès. Calcul avec le code Cedre de l'Onera, 450 000 cellules.
[DEFA]

Cette chambre est étudiée depuis plusieurs années sur le plan expérimental à l'Onera, au département DEFA (Département Energétique Fondamentale et Appliquée), notamment dans le cadre de projets européens.

Pour ce type de chambre, l'objectif principal est la réduction des oxydes d'azote. On cherche à éviter la combustion en régime stoéchiométrique (c'est-à-dire idéale en regard des proportions), qui produit les températures les plus élevées et est donc pénalisante du point de vue de la production de ces oxydes d'azote (les NOx). Pour le cas de la chambre à 2 têtes, on étudie un mode de fonctionnement fondé sur le développement d'une combustion étagée. On réunit donc, dans un même volume de chambre, pour la partie supérieure, une région LPP (Lean Premixed Prevaporized), qui permet de développer une combustion en prémélange pauvre*, mais relativement instable et une zone pilote RQL (Rich Quick Lean), stabilisatrice, qui permet de fonctionner en combustion au delà de la stoéchiométrie (carburant en excès) en assurant ensuite une dilution rapide. Selon les points de fonctionnement étudiés, la réduction des émissions par rapport aux chambres de combustion classiques d'oxydes d'azote peut atteindre 40 à 60 %.

Les derniers travaux sur la chambre à deux têtes ont été réalisés dans le cadre du projet européens SIA Team dédié à la caractérisation des aérosols de type suie dans la chambre de combustion et l'impact de ces particules sur les transferts radiatifs. Sur le plan expérimental, l'activité réalisée a permis d'enrichir la base de données expérimentale de nouvelles mesures. Des calculs à caractère multiphysique utilisant les plateformes logicielles de l'Onera et de Snecma (respectivement Cedre et N3S) sont en cours afin d'évaluer les modèles physicochimiques considérés pour la caractérisation des interactions intervenant entre le diphasique, le processus de combustion, la chimie complexe, la turbulence et le rayonnement.

La planche 1 présente le maillage non structuré utilisé pour ces simulations numériques, réalisées avec le code Cedre de l'Onera. Un tiers de la géométrie est ici maillé. Ce maillage (fourni par Snecma) est constitué de 450 000 cellules environ. La planche 2 présente le champ de concentration de l'oxygène dans une coupe transversale passant par l'axe de l'injecteur LPP.

Auteurs : Daniel Gaffié, Raphaëlle Lécot
ingénieurs-chercheurs au département Energétique fondamentale et expérimentale

Représentation du champ de température à l'intérieur de la chambre
Représentation du champ de température à l'intérieur de la chambre. Les deux combustions , suivies d'une dilution rapide, permettent de réduire notablement la production de Nox

Représentation du champ de concentration en oxygène
Représentation du champ de concentration en oxygène (du bleu au rouge : de la plus faible à la plus élevée.)

01.03.2006