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Auteur(s)
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Roland BORGHI : Ingénieur de l’École nationale supérieure de l’aéronautique et de l’espace (ENSAE) - Professeur à l’Université de la Méditerranée, Aix-Marseille II
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les flammes et foyers utilisés en pratique sont de formes très diverses. Dans la grande majorité des cas, la turbulence de l’écoulement des gaz y joue un rôle de premier plan et c’est son interaction avec les phénomènes de combustion qui permet les fortes intensités volumiques de dégagement de chaleur qui ont été obtenues.
La prévision, même seulement qualitative, des propriétés intéressant l’ingénieur s’y est révélée très délicate en corrélant simplement les données empiriques existantes.
Cependant, des recherches plus raisonnées menées depuis une trentaine d’années, utilisant la modélisation et le calcul par ordinateurs, ont permis d’établir des bases solides pour un ensemble de méthodes de prévision qui combinent la réflexion théorique et les connaissances expérimentales.
Dans cet article, nous décrivons les principes de base de ces méthodes, en expliquant les principales caractéristiques, et présentons quelques exemples de leurs possibilités.
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Méthodes modernes de prévision des flammes et des foyersArticle inclus dans l'offre
"Physique énergétique"
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1. Description et présentation des phénomènes physiques
1.1 Un foyer turbulent pratique et son homologue laminaire
pour les flammes laminaires, le lecteur pourra se reporter à l’article Flamme de diffusion laminaire de ce traité.
Un des plus simples foyers turbulents pratiques est celui de la réchauffe d’un turboréacteur, ou d’un statoréacteur classique. Dans ces foyers, il s’agit de faire brûler du combustible dans un écoulement permanent d’air à forte vitesse (environ 50 m/s) ; le combustible (gazeux ou liquide) est souvent injecté suffisamment en amont de la zone de combustion, et l’air est suffisamment chaud, pour pouvoir considérer que la combustion se fait dans un milieu où combustible et comburant sont gazeux et mélangés de façon pratiquement parfaite. On dit que l’on a une flamme de prémélange.
La figure 1 schématise le dispositif utilisé dans la majorité des cas : les accroche-flammes, sortes de gouttières toriques, maintiennent des noyaux de recirculation (tourbillons) dans leur sillage ; après allumage, la stabilisation de la combustion reste assurée dans ces noyaux de recirculation (s’ils sont bien conçus) et à partir de ceux-ci elle se développe dans tout l’écoulement par l’intermédiaire d’une zone de flamme oblique ; cette flamme a une certaine épaisseur (de l’ordre de la dizaine de centimètres), à l’intérieur de laquelle la température monte progressivement de la valeur des gaz entrants jusqu’à une valeur proche de la température adiabatique de fin de combustion.
L’homologue laminaire du foyer de statoréacteur n’est pas autre chose que le bec de gaz bien connu. Il est schématisé sur la figure 2. On y retrouve une flamme oblique, qui est ici accrochée dans le sillage du tube d’amenée des gaz et forme à peu près un cône. L’épaisseur de la flamme visible ou celle (un peu plus large) de la zone de montée en température sont bien plus faibles, de deux à trois dixièmes de millimètre. La température des gaz brûlés est du même ordre que dans le cas précédent,...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BORGHI (R.), DESTRIAU (M.) - La combustion et les flammes. - Éditions Technip, Paris (1995).
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(2) - Thermochemical Tables JANAF (Joint Army Navy Air Force). - 2e éd. D.R. Stull, H. Prophet, project directors US Dept. of Commerce - National Bureau of Standards (1971).
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(3) - BARRÈRE (M.), PRUD’HOMME (R.) - Équations fondamentales de l’aérothermochimie. - Masson et Cie Paris (1973).
-
(4) - TENNEKES (H.), LUMLEY (J.L.) - A first course in turbulence. - 3e éd., The MIT Press Cambridge Mass (1974).
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(5) - POINSOT (Th.), VEYNANTE (D.) - Theoretical and Numerical Combustion. - Edwards, Philadelphia (2001).
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(6) - LAUNDER (B.E.), SPALDING (D.B.) - Mathematical models of turbulence. - Academic Press London (1972).
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