Le brûleur “Jet Spray Flame” a été dimensionné et construit au CORIA en 2015 afin de représenter de manière réaliste les écoulements réactifs diphasiques se produisant dans des chambres de combustion complexes de type semi-industrielle. Les conditions opératoires dans ces chambres sont complexes et difficiles (géométrie, pression, température, accessibilités optiques) et rendent les mesures quantitatives difficiles à obtenir. La base de données produite sur cette configuration canonique simple illustre les mécanismes fondamentaux d’interaction entre les gouttes issues de l’atomisation d’un jet liquide, de la turbulence et des fronts de flamme. L’accès à la base de données se fait sur demande auprès de Bruno Renou.

Différentes métrologies du laboratoire ont pu être appliquées, souvent de manière simultanée, pour caractériser les phases dispersées et porteuses, la structure de la flamme et la dynamique de leurs interactions. On notera les avancées et originalités suivantes par rapports aux bases de données existantes :

  • La technique d’Arc-en-Ciel Global instantané a été développée et appliquée conjointement avec la technique de PLIF OH pour la première fois sur des flammes pour évaluer l’impact de la structure de flamme sur la température des gouttes (et donc de leur évaporation).
  • En combinant des simulations numériques LES détaillées de la flamme, un modèle de fluorescence de NO sophistiqué et des mesures de PLIF-NO, les champs de fraction molaire de NO moyen et instantané quantitatifs ont pu être obtenu, après optimisation de la stratégie d’excitation et de détection pour la fluorescence. L’impact des interactions gouttes/front de flamme et les extinctions locales associées sur la production locale de NO a pu ainsi être quantifié.

Les résultats obtenus servent également pour le développement et la validation d’outils RANS/LES de combustion diphasique, dans le cadre du réseau international TCS (Turbulent Combustion Spray workshops). Actuellement plus de 8 laboratoires ont participé aux deux derniers TCS workshops (2017 et 2019).

Exemple de champs 2D par PLIF-OH identifiant les différentes structures de flamme, les interactions entre les gouttes et les zones de réactions, et les extinctions locales.

Mesures simultanée LII-2D, OH-PLIF et PAH-PLIF pour identifier les mécanismes de production de suies (présence des précurseurs de suies, fraction volumique de suie) associés à la structure instantanée du zones de réaction.

Champ de fraction molaire de NO moyen obtenue par NO-PLIF après optimisation de la stratégie d’excitation et de détection.

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