Note publique d'information : La combustion prévaporisée prémélangée pauvre est un axe de recherche important pour
la réduction des émissions polluantes, notamment dans les turbines à gaz. Le principe
de ces foyers est d'optimiser la combustion en mélangeant aussi parfaitement que possible
le combustible avec l'air avant combustion. Le contrôle du mélange permet de limiter
la température de flamme et donc la production d’oxydes d’azote (NOx).Toutefois, ces
foyers connaissent diverses limitations. Notamment, la stabilisation sur une large
gamme de fonctionnement représente un enjeu majeur pour leur exploitation industrielle.
La flamme pouvant se propager en tout point du mélange, dans les limites d'inflammabilité,
elle risque de remonter jusqu'au système d'injection. On parle alors de « flashback
». Ceci peut conduire à son usure prématurée, voire à sa destruction.Nous proposons
une étude expérimentale, à l’aide de diagnostics optiques avancés, et numérique d'un
foyer prévaporisé prémélangé pauvre de 300 kW. De nombreux diagnostics ont été mis
en œuvre dans la partie expérimentale : anémométrie laser Doppler, fluorescence induite
par laser, imagerie par caméra ultra-rapide. A partir de ces résultats expérimentaux,
nous proposons un scénario de stabilisation permettant de proposer des améliorations.
Nous reproduisons également ce scénario par simulation aux grandes échelles.En parallèle,
nous avons étudié une méthode originale de stabilisation de flammes par plasma. Nous
avons montré la possibilité d'améliorer la stabilisation en régime très pauvre d'un
brûleur prémélangé turbulent de faible puissance (20 kW), afin d'étendre sa plage
de fonctionnement dans des régimes à faibles émissions.
Note publique d'information : Lean premixed prevaporized combustion is an important research orientation for the
reduction of pollutant emissions, especially in gas turbines. The principle is to
optimize combustion by mixing fuel and air as perfectly as possible before combustion.
The control of the mixture makes possible to limit the flame temperature and thus
the production of nitrogen oxides (NOx).However, these burners undergo various limitations.
In particular, stabilization over a broad range of operations represents a major stake
for their industrial exploitation. The flame being able to propagate at any points
where the mixture is within ignition limits, it is likely to go up to the injection
system. This phenomenon, called “flashback”, can thus lead to serious damages or the
destruction of the injection systemAn experimental and numerical investigation of
a 300 kW lean premixed prevaporized burner is proposed. Many advanced optical diagnostics
were implemented: laser doppler anemometry, laser induced fluorescence on OH radicals
and acetone vapor, or imaging using a high-speed camera. From these experimental results,
a scenario for flame stabilization has been proposed which allows us to propose some
improvements. These stabilization mechanisms of have also been reproduced by large
eddy simulation. In parallel, an original method for flame stabilization has been
studied: plasma assisted combustion. The possibility of improving stabilization in
very lean modes of a turbulent premixed burner (20 kW) has been showed, in order to
extend its operating range to weak emissions regimes
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