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Etude expérimentale et numérique du contrôle actif de jets dans des chambres de combustion

Faivre, Vincent (2003) Etude expérimentale et numérique du contrôle actif de jets dans des chambres de combustion.

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Abstract

Les instabilités de combustion résultent d’un couplage entre le dégagement de chaleur d’une flamme et l’acoustique de la chambre de combustion. Ce phénomène peut engendrer de fortes vibrations, une pollution sonore importante, voire la destruction complète du brûleur. Aussi, de nombreuses études portent actuellement sur le contrôle de ces instabilités. La solution adoptée pour la présente étude consiste à créer un dispositif de contrôle actif (ou actionneur) capable d’avoir un effet fort sur le mélange entre les jets de réactifs et le fluide ambiant. La configuration modèle étudiée ici consiste en un jet d’air (situation non réactive) contrôlé par quatre petits jets auxiliaires tangentiels. Différentes campagnes expérimentales ont conduit à l’optimisation de la géométrie des actionneurs et la configuration qui a été identifiée comme la plus efficace, en termes d’amélioration du mélange en sortie de jet, a fait l’objet de simulations numériques des grandes échelles (LES). L’objectif de la partie numérique de ce travail est double. D’une part, les différentes simulations réalisées autorisent une meilleure compréhension des phénomènes complexes impliqués dans le contrôle. D’autre part, nous montrerons en quoi la LES est un bon outil de prédiction des effets du contrôle sur un écoulement. ABSTRACT : Combustion instabilities occur when the flame heat release couples with the acoustic waves propagating in the combustion chamber. This phenomenon can lead to strong vibrations and noise but also, sometimes, to the complete combustion device failure. That is the reason why so many studies focus on the control of those instabilities. The method chosen in this study consists in an active control device (or set of actuators) having a strong effect on the mixing of the burner exhaust flow with the ambient fluid. The model configuration studied consists in a non reactive jet of air controlled by four small tangential secondary jets. Experiments have been carried out to optimize the control device geometry. The configuration identified as the most efficient, in terms of mixing enhancement, has been simulated through Large Eddy Simulations (LES). The objective of the numerical part of the present work is double. First, the numerical simulations provide a better understanding of the phenomena occurring when the control is on. Then, it is shown that LES can be considered as a tool to predict the effects of a control device on a flow.

Department or laboratory:Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse - IMFT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Poinsot, Thierry
Uncontrolled Keywords:Instabilités de combustion - Contrôle actif - Jet - Ecoulement vrillé - LES. KEYWORDS : Combsution instabilities - Active control - Jet - Swirl - LES
Subjects:Hydraulics > Energetics and transfers
Deposited On:02 February 2005

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