Analyse des mécanismes de stabilisation d'oxy-flammes prémélangées swirlées

The work presented in this thesis falls within the framework of the OXYTEC chair, a partnership between Air Liquide, CentraleSupélec and the CNRS. This work also benefits from the support of the ANR. This manuscript reports the first developments and results on the experimental level. A test rig has been developed to study oxy-combustion of swirl-stabilized flames up to pressures of 30 bar. The results presented deal with premixed conditions where the fuel is methaneand the setup is operated at atmospheric pressure. Laser induced fluorescence on the hydroxyl radical, particle imaging velocimetry, Doppler laser velocimetry completed by chemiluminescence imaging and temperature measurements are used to (1) gather data on the structure of three reference flames CH4/air, CH4/O2/N2 and CH4/O2/CO2 which are used to validate simulations of the reacting flow and heat transfer and (2) elucidate the stabilization mechanisms of premixed swirling oxy-flames from parametric studies by varying the swirl number, the bulk injection velocity, the laminar burning velocity and the injector cup angle and (3) compare the structure of CO2 diluted oxy-flames with CH4/air flames by examining the position of the flame leading edge, the general topology of the flame and the temperatures of flow and the combustor walls.Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre de la chaire OXYTEC qui regroupe l'entreprise Air Liquide, CentraleSupélec et le CNRS. Ce travail bénéficie également de l'appui de l'ANR. Ce manuscrit fait état des premiers développements et résultats sur le plan expérimental. Un dispositif complet a été développé au laboratoire EM2C pour étudier l'oxy-combustion de flammes stabilisées sur un injecteur tourbillonneur jusqu'à des pressions de 30 bar. Les résultats présentés dans cette thèse ont traits à des prémélanges dont le combustible est du méthane lorsque le foyer opère à pression atmosphérique. Les techniques de LIF-OH, la PIV, la LDV complétées par des mesures de chimiluminescence et de température sont utilisées (1) pour accumuler des données sur la structure de trois flammes de référence CH4/air, CH4/O2/N2 et CH4/O2/CO2 qui sont utilisées pour valider des outils de simulation de la combustion et des transferts thermiques, (2) élucider les mécanismes de stabilisation des oxy-flammes swirlés pré-mélangées à partir d'études paramétriques sur le nombre de swirl, la vitesse débitante, la vitesse laminaire de flamme et l'angle de l'ouvreau de l'injecteur, et (3) comparer la structure des oxy-flammes diluées au CO2 avec des flammes CH4/air en examinant notamment la position de pied de flamme, la topologie générale de la flamme et les températures des parois du foyer