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Journée des Doctorants en Combustion Groupement
Français de Combustion
Flamme suspendue en jet coaxial non-prémélangé.
Aurélie WYZGOLIK, Françoise BAILLOT CORIA UMR
6614 CNRS-Université INSA de Rouen
FRANCEaurelie.wyzgolik_at_coria.fr
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Journée des doctorants en combustion, 07 décembre
2006, GFC.
Flamme suspendue non-prémélangée
Caractéristique comportement instable

• Paramètres fluctuants
• Hl hauteur de suspension
• L longueur de flamme
• d diamètre de flamme

L

• rattachement au brûleur
• ou
• soufflage

d
Problème ces comportements instables peuvent
être désastreux pour les applications
industrielles
Hl
But comprendre le comportement de la flamme
suspendue afin de la contrôler
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Objectif
Caractériser le comportement de la flamme
suspendue comme une réponse à la couche de
mélange réactive
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Techniques de mesure
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Zone dhystéresis et flamme suspendue
La flamme liftée change son comportement avec Uo
Disparition des lobes Zone dhystérésis
Vitesse CH4 Ui (m/s)
Soufflage
Vitesse d'air Uo (m/s)
Pour comprendre ces comportements, la hauteur de
suspension et les structures du jet sont
analysées pour trois vitesses de méthane Ui6,
10 and 18m/s
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Hauteur de suspension
Soufflage
S
Lévolution de Hl avec Uo est similaire pour les
trois courbes
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Jet libre de référence (Uo0m/s) et flamme
Images de tomographie laser à Ui10m/s avec le
jet central ensemencé

• Deux types de tourbillons le long du cône
  potentiel
• tourbillons de Kelvin-Helmholtz (KH),
• vortex longitudinaux ou filaments (SV)

(a) Coupe verticale (b) Coupe horizontale à la
base de la flamme
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Structures du jet Cône potentiel (1)
Définition des cônes potentiels dans notre
configuration
Cône potentiel interne
Région de mélange interne
Zone de mélange complet
Uo
Lci
Di
Ui
D0
Uo
Lce
Région de mélange externe
Cône potentiel annulaire externe Uogt0.1m/s
Point de rattachement
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Structures du jet Expansion du jet
Pour évaluer les changements globaux du jet ?
Lenveloppe des structures est déterminée à
partir de la somme de 100 images de tomographie
verticale
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Flamme suspendue et structures du jet
S
soufflage

• pour Uolt0.1m/s Hl/Lci est constant
• ? aucun cône externe discernable
• ? La flamme et le jet de méthane se comportent en
  configuration de jet libre

• pour Uogt0.1m/s Hl/Lci augmente lentement
• ? le processus de stabilisation reste piloté par
  les filaments la base de la flamme est encore
  constituée de lobes qui se redressent
  graduellement avec laugmentation de Uo

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Conclusion sur le comportement de la flamme
suspendue
Interprétation physique

• les résultats montrent limportance de
  lorganisation relative de la couche de mélange
  interne sur la réponse de la flamme suspendue
• Lci permet de discriminer les réponses de
  flammes
• Les macro paramètres, cônes potentiels et
  évasement du jet de méthane, sont efficaces pour
  décrire le comportement global de la flamme
  suspendue

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Instabilités de combustion et forçage acoustique
la couche cisaillée est un système sensible aux
perturbations extérieures
Instabilités de combustion problème majeur de
conception et tenue des foyers
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Influence dun forçage acoustique
Urms (m/s)
fe (Hz)
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Exemple forçage acoustique moyenne fréquence
(200Hz)
Ui10m/s

• Pour Uolt 0.33m/s - Hl augmente à mesure que
  lamplitude du forçage Urms croît
• - la flamme, naturellement constituée dun long
  panache de suies, bleuit avec laugmentation de
  Urms.
• Pour 0.33ltUolt0.42m/s Hl reste pratiquement
  inchangée quelle que soit Urms.
• Pour Uogt 0.42m/s laugmentation de Urms
  accentue la réduction de Hl.

Ainsi le forçage aux moyennes fréquences est un
moyen de contrôle de stabilisation de la flamme
suspendue permettant de ramener le comportement
de celle-ci à une réponse uniforme.
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Conclusion le forçage acoustique
Conclusion

• en présence dair, avec une même amplitude de
  forçage acoustique
• contamination de la zone de flamme bleue
  suspendue
• amoindrissement des autres zones
• une solution est apportée par le forçage moyenne
  fréquence pour unifier la réponse de flamme
  suivant les différentes valeurs de vitesse de jet
  dair

Perspective
Utiliser un combustible différent afin de voir si
la vitesse  pivot  est bien liée à la vitesse
de propagation de flamme laminaire
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(No Transcript)
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Zone dhystéresis
Limite haute Ul
Limite basse Ua
Lift pur
zone dhystéresis
Vitesse de CH4
Accrochage
Soufflage
Vitesse dair
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Coaxial jet structures vortex structures
evolution
Ui10m/s
Uo0m/s
Uo0.4m/s

• Circular shape of the flame impact
• ? flame base is now composed of vertical tips

z33mm
Horizontal cross section at the flame base
Horizontal cross sections
z16mm
Vertical cross section
z62mm
z 16mm the mean length of filaments is only
1Di. The increase of Uo involves a delay in the
structures formation z 18mm the mean length
of filament may reach 1.2Di but the flame
stabilizes in a downstream position z 62mm the
vortex structures are disorganized

• the flame stabilizes preferentially on the
  longest filaments, knowing that the mean length
  of filaments is 1.2Di at z 15mm
•  horseshoe  shape of the flame impact ? flame
  base is lobe-shaped

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Jet structures Potential core (2)
Lce/Lci evolution Expect for small Uo
(?0.13m/s), Lce is largely greater than Lci