+ 2010 DIPRESTAB – Influence de la dilution en vapeur d’eau et d’un réchauffage haute-température sur la stabilité de la combustion de flammes-jets non-prémélangés (interCarnot)

Les objectifs environnementaux et économiques : réduction de la consommation de combustible et diminution des émissions polluantes sont toujours d’une actualité cruciale. Ainsi la mise au point de nouveaux modes de combustion utilisant des réactants non-prémélangés (plus sécurisés) dans un environnement confiné et la compréhension des phénomènes physiques qui s’y rattachent, demeurent des enjeux capitaux. Le préchauffage de l’air par les produits de combustion (tout particulièrement le CO2 et la vapeur d’eau), et par là-même la dilution des réactifs, ont confirmé leur intérêt technologique (en particulier dans le mode dit de combustion « sans flamme »).
Ainsi les laboratoires CORIA et CETHIL en partenariat avec le laboratoire EM2C et en collaboration avec le professeur H. GUO du NRC of Canada, ont mené à terme le programme blanc STREAM (livré en juillet 2010) concernant la stabilisation de flammes de jets non-prémélangés et les transitions entre ses états stabilisés en milieu fortement dilué et/ou en présence d’un fort préchauffage. Pour cela, deux dispositifs identiques (conçus et réalisés par le CORIA) ont été implantés et instrumentés au CORIA et au CETHIL de manière à apporter des informations complémentaires en termes d’aérodynamique en milieux réactifs et de thermique conduction-rayonnement, points forts respectifs du CORIA et du CETHIL. En situation réelle d’exploitation, il est extrêmement difficile de définir l’importance des différents phénomènes intervenant dans un processus où la recirculation n’est pas contrôlée. L’architecture retenue pour le foyer a permis de quantifier séparément l’influence de l’ajout de diluant dans le comburant, de la température au sein de l’enceinte par préchauffage des réactants, et de la chimie (mesure globale de NO en sortie de veine) sans être tributaire d’un mouvement de re-circulation particulier. De plus, de par la géométrie extrêmement modulable du foyer, les conditions limites d’injection sont modifiables aisément. Les foyers jumeaux ont tenu leur promesse en termes de complémentarité, d’efficacité des campagnes d’essais et d’exploitation des mesures. Des avancées importantes ont été obtenues portant sur les processus de décrochage (lifting) et de suspension (liftoff) en air dilué au CO2 (mais aussi dilué par des gaz « tests » : argon (chimiquement neutre), azote (chimiquement et thermiquement neutre) ou mélange CO2/Ar) et/ou de préchauffage faible et élevé. Les phénomènes physiques retenus et les grandeurs capables de les caractériser se sont avérés pertinents.
A ce jour, de par l’étendue et la complexité du couplage dilution/préchauffage, les mécanismes physiques mis en jeu, leur reconnaissance, les interprétations physiques qui s’y rattachent, et les méthodes ou lois prédictives ne sont pas encore tous révélés ou même compris.