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Thèse présentée à

INSA de Rouen

Discipline : Energétique
Spécialité : Mécanique des Fluides

Par

Catherine GRUSELLE

Soutenue le 22 janvier 2014

Etude du développement d’une flamme soumise à un gradient de concentration. Rôle de la stratification et des EGR
Jury

Rapporteurs
Denis Veynante, Directeur de Recherche, EM2C
Christian Angelberger, Expert - Chef de projet, IFPEN

Examinateurs
Xue-Song Bai, Professeur, LTH (Suède)
Armelle Cessou, Directeur de Recherche, CORIA
Perrine Pepiot, Professeur, Cornell University (USA)

Directeur de thèse
Yves D’Angelo, Professeur, INSA de Rouen

Co-encadrant
Vincent Moureau, Chargé de Recherche, CORIA

Invité
Fréderic Ravet, Ingénieur expert, Renault

La combustion stratifiée, qui consiste à brûler un mélange carburant/oxydant inhomogène, et la combustion diluée, consistant à ajouter une quantité limitée de gaz brûlés, sont deux technologies utilisées dans les moteurs à piston pour réduire leur consommation. Cette thèse est dédiée à l’étude de l’allumage dans ces deux types de milieux en régimes laminaire et turbulent. Un nouveau schéma cinétique pour la combustion propane/air a été dérivé et combiné à deux approches de modélisation différentes : la chimie complexe et une approche de chimie tabulée de type FPI. Dans le cas laminaire, les deux approches de modélisation donnent des résultats similaires et un modèle simple a mis en évidence l’importance de la dynamique des gaz frais et des gaz brûlés sur le développement du noyau. Dans le cas turbulent, plusieurs techniques d’analyse ont montré la dépendance de la vitesse absolue de la flamme au champ de vitesse moyen et la décorrélation des fluctuations locales de richesse.

Abstract
Stratified combustion, which consists in burning an inhomogeneous fuel/air mixture, and diluted combustion, which consists in adding a limited quantity of burnt gases, are two technologies used in internal combustion engines to reduce fuel consumption. This Ph.D is devoted to the study of ignition in these two types of combustion in laminar and turbulent regimes. A new kinetic scheme for propane/air combustion has been derived and combined to two modeling approaches : finite-rate chemistry and an FPI tabulated chemistry approach. In the laminar case, both approaches give similar results and a simplified model has highlighted the importance of fresh and burnt gases dynamics on the kernel development. In the turbulent case, several techniques of analysis have shown the dependency of absolute flame speed on the mean fluid velocity and the lack of correlation to the local equivalence ratio.

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