• Langue : Anglais
• Discipline : Energetique, thermique, combustion
• Identifiant : 2023ULILR010
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 14/03/2023

Résumé en langue originale

L'augmentation du trafic aérien pousse la recherche sur la combustion à obtenir une compréhension détaillée des processus physiques et chimiques qui se produisent dans le moteur de l'avion ; les principaux objectifs sont 1) d'améliorer le processus de combustion et 2) de réduire les émissions gazeuses et particulaires. Une solution au premier problème réside dans la combustion à une pression et une température plus élevées, mais cela peut avoir un impact sur le second problème, notamment en ce qui concerne la production de suie et les émissions de NOx. Pour trouver une solution, il est nécessaire de développer des outils expérimentaux appliqués dans des conditions de combustion représentatives de celles rencontrées dans les moteurs d'avion afin de capturer les phénomènes complexes se produisant à l'intérieur de ces moteurs. Pour ce faire, un banc d'essai aéronautique semi-industriel équipé de diagnostics optiques adaptés mis en œuvre/disponible à l'ONERA Palaiseau permet d'entrevoir des informations sur ces processus de combustion. En conséquence, cette recherche vise à développer et à mettre en œuvre des techniques optiques pour caractériser les particules de suie dans les chambres de combustion des moteurs aéronautiques. L'incandescence induite par laser (LII) est la principale technique sur laquelle portent les efforts. Cette technique est basée sur le modèle de rayonnement de la loi de Planck. La technique LII est utilisée en raison de sa grande sensibilité pour la détection de la fraction volumique de la suie et de sa flexibilité pour sa mise en œuvre dans diverses configurations optiques. En outre, le couplage de la technique LII avec d'autres techniques optiques présente un grand intérêt pour la compréhension des mécanismes et des paramètres conduisant à la formation de la suie. Premièrement, la fluorescence induite par laser (LIF) est ajoutée comme technique complémentaire pour détecter les précurseurs de suie connus sous le nom d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Deuxièmement, la diffusion de la lumière fournit des informations sur la distribution des gouttelettes de combustible liquide imbrûlées et des particules de suie à l'intérieur de la chambre de combustion. Troisièmement, la chimiluminescence OH* montre la zone de réaction et le dégagement de chaleur. Enfin, le transport des HAPs et de la suie ou les interactions avec le champ d'écoulement sont abordés via la vélocimétrie par image de particules (PIV).

Résumé traduit

The growth of air traffic urges combustion research to get a detailed understanding of the physical and chemical processes occurring in the aircraft engine; the main objectives are 1) to improve the combustion process and 2) to lower gaseous and particulate emissions. A solution to the first issue lies in the combustion at higher pressure and temperature, but this can impact the second issue, particularly concerning the production of soot and NOx emissions. To find a solution, it is necessary to develop experimental tools applied in representative combustion conditions relative to those encountered in aircraft engines in order to capture complex phenomena occurring inside these engines. To do this, a semi-industrial aeronautical test rig equipped with suitable optical diagnostics implemented/available at ONERA Palaiseau offers a glimpse of information into these combustion processes. As a result, this research aims to develop and implement optical techniques for characterizing soot particles in aeronautical engine-relevant combustors. Laser-Induced Incandescence (LII) is the primary technique on which efforts are directed. This technique is based on Planck's law radiation model. LII technique is used due to its high sensitivity for detecting the soot volume fraction and flexibility for its implementation in various optical configurations. In addition, the coupling of LII with other optical techniques presents a high interest in understanding the mechanisms and parameters leading to soot formation. First, Laser-Induced Fluorescence (LIF) is added as a complementary technique to detect soot precursors known as Polycyclic-Aromatic Hydrocarbons (PAHs). Secondly, light scattering provides information on the distribution of unburnt liquid fuel droplets and possible soot particle localization inside the combustor. Thirdly, OH* chemiluminescence illustrates the reaction zone and heat release. Finally, the PAHs and soot transportation or interactions with the flow field are tackled via particle image velocimetry (PIV).