Etude expérimentale de l'auto-inflammation de mélanges gazeux en milieux confinés et sa modélisation avec une description cinétique chimique détaillée

Abstract

L autoallumage de mélanges homogènes CH4/air et n-C4H10/air a été étudié de manière expérimentale en Machine à Compression Rapide. D une part, ce processus de combustion est caractérisé de manière globale en se basant sur des mesures de pression (délai d allumage, taux de dégagement de chaleur). D autre part, des visualisations directes mettent en évidence sa dépendance à la présence d hétérogénéités de température, observées par strioscopie. Les champs de vitesse et la répartition de température en conditions non-réactives sont ensuite caractérisés par vélocimétrie (PIV rapide) et par fluorescence (PLIF toluène). Les informations obtenues apportent une meilleure compréhension du phénomène d autoallumage, où la propagation des zones de réaction intense traduit la présence de fronts d autoallumage ou/et de structures plus proches des déflagrations. En parallèle, une méthode de Pdf calculée 0D est retenue pour la modélisation de l autoallumage dans ce type de conditions. Elle prend en compte, (i) une cinétique chimique détaillée, (ii) les phénomènes de mélange et de transferts de chaleur qui pilotent l évolution de la répartition de la température avant l allumage. La pertinence des résultats vis-à-vis de l expérience suggère que l approche proposée constitue un cadre bien adapté à l étude de ce mode de combustion.Selfignition of homogeneous CH4/air and n-C4H10/air mixtures is studied within a Rapid Compression Machine. In a first step of the analysis, the combustion process is studied by using pressure measurements (ignition delays and global heat release rates).Then, temperature heterogeneities are evidenced thanks to Schlieren imaging. Their influence on the ignition process is confirmed by using direct light visualizations. The flow field and temperature distribution are then characterized in non-reactive conditions using velocimetry (fast PIV) and fluorescence (PLIF toluene) methods. Gathered information provides a better understanding of the ignition phenomena, where propagation of intense reaction zones results from autoignition fronts or processes similar to deflagrations. In parallel, a PDF method is retained for the modelling of autoignition in these conditions. The proposed strategy accounts for (i) detailed chemical kinetics, and (ii) mixing and heat transfer phenomena that play a crucial role in the evolution of temperature distribution. The comparison of the results to experimental data suggests that the proposed approach is a well suited framework for the study of this combustion mode.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF