Effets des Hétérogénéités de Richesse sur la Structure<br />Locale des Flammes Turbulentes

In many real situations, which goes from the field of transport (rocket, plane and car engines), the electricity production (power station) or of thermics (boiler, industrial furnaces, domestic hearths), the turbulent premixing between air and fuel lead to an heterogeneity of the mixing. Consequently, the equivalence ratio of the mixing is variable both in time and space, producing a partially premixed combustion, so far from the classical premix and diffusion cases. In this thesis, we are interested in the effects of equivalence ratio heterogeneities on local structure (in term of curvature, flame thickness and stretch, fuel mole fraction) of this kind of flame. Two experimental configurations (stationary and unstationary, presenting each one their advantages) are studied. An experimental method is proposed in order to measure simultaneously flame temperature and fuel mass fraction, whose its originality is to avoid the temperature influence on acetone PLIF efficiency. The study of laminar flames shows that the flame is strongly influenced by the stratification in particular in term of geometrical configuration for the unstationary flame. But also from the point of view of the stationary flame thickness. The flame thickness evolution as a function of stretch shows a notable modification with a break of slope as a function of the Lewis number. Moreover, it is shown that the flame propagates in poor zone (below the flammability limits) due to the support of the flame by a thermal and chemical reservoir. The study of the behavior is continued in the second part, for two turbulence grids, where the comparison is done for homogeneous and stratified premixed flames. The study shows that the flame structure is modified by the local stretch but also by the flame speed variations with the mixing composition. This lead to an additional stretch Kpp non negligible for weak equivalence ratio.Dans beaucoup de situations réelles, qui vont du domaine des transports (moteurs fusée, avions et automobiles), en passant par la production d'électricité (centrale thermique) ou encore de la thermique (chaudière, fours industriels, foyers domestiques...), le prémélange turbulent entre l'air et la combustible conduit généralement à une hétérogénéité du mélange. En conséquence, la richesse du mélange est variable à la fois dans le temps et dans l'éspace, produisant une combustion sous la forme de flamme partiellement prémélangées, loin des cas classiques prémélangé et de diffusion. Dans cette thèse, on s'intéresse plus particulièrement aux effets des hétérogénéités de richesse sur la structure locale (en terme de courbure, d'épaisseur, d'étirement, de plissement, de fraction molaire de combustible) de ce type de flamme. Deux configurations expérimentales, stationnaire et instationnaire (présentant chacune leurs avantages) sont alors étudiées. Une méthode expérimentale est proposée afin de mesurer simultanément la température de la flamme et la fraction molaire, dont son originalité repose sur sa capacité à corriger l'influence de la température sur l'efficacité des mesures de PLIF sur acétone. L'étude des flammes laminaires montre que la flamme est fortement influencée par la stratification, notamment en terme de configuration géométrique pour la flamme instationnaire. Mais aussi du point de vue de l'épaisseur pour la flamme stationnaire. L'évolution de l'épaisseur en fonction de l'étirement présente une modification notable avec un changement de pente en fonction du nombre de Lewis. De plus, il est montré que la flamme se propage dans un milieu très pauvre (en dessous des limites d'inflammabilités) du fait du soutien de la flamme dû au réservoir chimique et thermique induit.L'étude du comportement est poursuivie dans la seconde partie, pour deux turbulences de grilles données, où la comparaison est effectuée entre des flammes de prémélanges homogènes et hétérogènes, et ce pour différentes fractions molaires de combustible et niveaux de fluctuations. Elle montre qu'il existe une modification de la structure de la flamme non seulement par l'étirement local mais aussi par les variations de la vitesse de flamme avec la composition du mélange. Ceci introduit un étirement additionnel Kpp non négligeable notamment lorsque la richesse le long du front de flamme est faible